DE10109144B4

DE10109144B4 - Drahstellglied mit Dämpfungsmechanismus

Info

Publication number: DE10109144B4
Application number: DE10109144A
Authority: DE
Inventors: Akihiro Yawara Hirano; Kenji Yawara Koiwa; Kiyoshi Yawara Takeuchi
Original assignee: SMC Corp
Current assignee: SMC Corp
Priority date: 2000-03-03
Filing date: 2001-02-26
Publication date: 2004-07-01
Anticipated expiration: 2021-02-27
Also published as: KR100393686B1; DE10109432B4; KR20010087319A; KR20010087320A; CN1185423C; JP3469525B2; TW468006B; CN1311398A; US6497172B2; DE10109432A1; US20010020413A1; KR100393687B1; DE10109144A1; TW460659B; CN1311399A; CN1198062C; JP2001248606A; US20010018864A1; US6435072B2

Abstract

Drehstellglied mit Dämpfungsmechanismus mit:
wenigstens einer Zylinderbohrung (5) in einem Gehäuse (2);
einer Zahnstange (6) mit Kolben (7a, 7b) an beiden Enden, die mit Hilfe der Kolben in der Zylinderbohrung (5) gleitet;
einem Ritzel (10), das mit der Zahnstange (6) in Eingriff steht und mit einer Hauptachse (11) verbunden ist;
zwei Anschlüssen (P₁, P₂) für die Zufuhr von Druckluft zu Druckkammern (8a, 8b) auf beiden Seiten der Zahnstange (6);
einer Anschlussöffnung (14, 15), die sich zu einer Umfangsfläche der Zylinderbohrung (5) öffnet und die Anschlüsse (P₁, P₂) mit der zugehörigen Druckkammer (8a, 8b) verbindet; und
einem Dämpfungsmechanismus (18) zum Anhalten der Zahnstange an wenigstens einem Hubende in gedämpfter Weise,
wobei der Dämpfungsmechanismus (18) eine Ablassöffnung (19), die sich zu der Druckkammer (8a, 8b) an einer Position öffnet, die dem Kammerende näher liegt als die Anschlussöffnung (14, 15) und einen Durchflussmengeneinstellmechanismus (20) zur...

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Drehstellglied mit einem Dämpfungsmechanismus, der eine oszillierende und drehende Hauptachse an einem Ende eines Rotationshubes in gedämpfter Weise anhalten kann.
Stand der Technik
Als Drehstellglied zur Erzeugung einer Rotationskraft durch Luftdruck gibt es Stellglieder mit einer Zahnstange und einem Ritzel. Ein derartiges Drehstellglied ist so aufgebaut, dass eine Zahnstange in oszillierender Weise angetrieben und ein Ritzel und eine an dem Ritzel befestigte Hauptachse in oszillierender Weise gedreht wird, indem ein Kolben mit der Zahnstange in einem Zylinderrohr hin und her gleitet. Das Ritzel steht mit der Zahnstange in Eingriff. In eine Druckkammer, die auf beiden Seiten des Kolbens vorgesehen ist, wird Luftdruck eingebracht.

Für ein derartiges herkömmliches Drehstellglied ist es aus der DE 195 32 457 C2 bekannt, zur Absorption einer Stoßkraft, die durch die Trägheitsenergie des Kolbens erzeugt wird, wenn die Hauptachse an dem Rotationshubende anhält, ein mechanischer Dämpfungsmechanismus mit einem Dämpfer oder dgl. vorzusehen. Der oben beschriebene mechanische Dämpfungsmechanismus hat jedoch den Nachteil, dass beim Anhalten ein Stoßgeräusch erzeugt wird, dass an dem kollidierenden Abschnitt durch Abrasion leicht eine Abnutzung auftritt und dass ein Dämpfer oder dgl. nach außen vorsteht und daher im Weg ist. Diese Probleme können dadurch gelöst werden, dass anstelle des beschriebenen mechanischen Dämpfungsmechanismus ein Dämpfungsmechanismus mit Luftdruck vorgesehen wird.

Als ein solcher Dämpfungsmechanismus mit Luftdruck ist bspw. eine Anordnung bekannt, bei der Dämpfungsluft zeitweise in einer Druckkammer auf der Auslassseite eingeschlossen wird, um den Druck der Luft bei der Betätigung eines innerhalb des Zylinderrohres gleitenden Kolbens zu erhöhen und die Geschwindigkeit des Kolbens durch den Auslassdruck zu reduzieren, so dass der Kolben an dem Hubende in gedämpfter Weise angehalten wird. Hierbei wird ein Auslassdurchgang für die Luft durch einen Dämpfungsring an dem Kolben kurz vor dem Hubende verschlossen. Die abgeschlossene Luft wird durch ein Drosselventil geführt, und der Kolbengegendruck wandelt entsprechend der eingestellten Drosselmenge die kinetische Energie des Kolbens in eine Luftkompressionsenergie um, so dass die Geschwindigkeit reduziert wird. Ein Drehstellglied mit einem derartigen Dämpfungsmechanismus ist beispielsweise aus der DE 196 25 131 A1 bekannt.

Bei den Kolbengegendruck nutzenden Dämpfungsmechanismen ist aber teilweise die axiale Länge des Zylinders groß, da es erforderlich ist, den Dämpfungsring mit einer gewissen Länge an wenigstens einer Seite des Kolbens anzuordnen und eine lange leere Kammer, in die der Dämpfungsring eingesetzt wird, in dem Zylinderrohr auszubilden. Dementsprechend wird bei der Verwendung eines derartigen Dämpfungsmechanismus bei einem Drehstellglied mit Zahnstange und Ritzel, das in einer Richtung senkrecht zu der Hauptachse des Drehstellgliedes ohnehin lang ist, die Vorrichtung noch weiter verlängert.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Drehstellglied mit Zahnstange und Ritzel vorzuschlagen, das einen verbesserten Luftdruckdämpfungsmechanismus aufweist. Hierbei soll der Aufbau des Drehstellgliedes, das eine große Länge in einer Richtung senkrecht zu einer Rotationshauptachse besitzt, durch die Anordnung des Dämpfungsmechanismus nicht noch länger werden.

Die Aufgabe wird mit den Merkmalen der Patentanspruche 1 und 6.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Drehstellglied mit Zahnstange und Ritzel vorgeschlagen, bei dem eine Zahnstange durch Luftdruck oszillierend angetrieben wird, bei dem ein Ritzel mit der Zahnstange in Eingriff steht und bei dem ein Dämpfungsmechanismus die Zahnstange an dem vorderen und/oder hinteren (normalen und/oder entgegengesetzten) Hubende in gedämpfter Weise anhält. Ein kompakter, einfacher und kostengünstiger Aufbau wird dadurch erreicht, dass auf einen langen Dämpfungsring und eine lange leere Kammer, in die der Dämpfungsring eingesetzt wird, verzichtet wird.

Der erfindungsgemäße Dämpfungsmechanismus weist eine Auslassöffnung, die zu einer Druckkammer zum Antreiben der Zahnstange an einer Position geöffnet ist, die dem Kammerende näher liegt als eine Anschlussöffnung, einen Durchflussmengeneinstellmechanismus zur Beschränkung einer Durchflussmenge von von der Ablassöffnung abgeführter Ablassluft und eine Dämpfungsdichtung auf, die an einer äußeren Umfangsfläche des Kolbens angebracht ist und so arbeitet, dass sie die Anschlussöffnung von der Druckkammer ab schließt, unmittelbar bevor der Kolben das Hubende erreicht, wodurch die Luft innerhalb der Druckkammer durch den Durchflussmengeneinstellmechanismus abgeführt wird.

Bei dem erfindungsgemäßem Drehstellglied wird die Stange in oszillierender Weise angetrieben, wobei das Ritzel entsprechend folgend in oszillierender Weise rotiert, indem von der Anschlussöffnung abwechselnd Druckluft zu den Druckkammern auf beiden Seiten der Zahnstange zugeführt wird. Hierbei wird eine Geschwindigkeitsreduzierung und ein Anhalten am Hubende der Zahnstange durch den Dämpfungsmechanismus in folgender Weise erreicht. Die Druckluft in der Druckkammer auf der Ablassseite wird zunächst hauptsächlich durch die Anschlussöffnung abgeführt. Wenn sich aber die Zahnstange dem Hubende nähert und die Dämpfungsdichtung über die Anschlussöffnung hinwegtritt, werden die Anschlussöffnung und die Druckkammer verschlossen, und die Ablassluft wird von der Druckkammer in beschränkter Weise durch den Durchflussmengeneinstellmechanismus hindurch allein über die Ablassöffnung abgeführt. Dementsprechend wird der Druck der Ablassluft in der Druckkammer erhöht und die Zahnstange erreicht ihr Hubende aufgrund des dem erhöhten Ablassdruck entsprechenden Gegendruckes mit reduzierter Geschwindigkeit.

Der Durchflussmengeneinstellmechanismus wird durch eine Drosselöffnung zur Beschränkung der Durchflussmenge der von der Druckkammer abgeführten Ablassluft gebildet. Ein Kontrollventil, das das Abfließen der von der Druckkammer abgeführten Ablassluft verhindert, aber das Fließen einer in die Druckkammer fließenden Zufuhrluft erlaubt, ist parallel zu der Drosselöffnung vorgesehen.

Erfindungsgemäß ist eine Ventilkammer, die die Ablassöffnung mit dem Anschluss verbindet, in dem Gehäuse ausgebildet. Ein Lochelement mit der Drosselöffnung ist in der Ventilkammer über eine das Kontrollventil zwischen der Lippendichtung und einer Kammerwand bildende Lippendichtung aufgenommen. Dadurch sind die Drosselöffnung und das Kontrollventil innerhalb der Ventilkammer vorgesehen.

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es daher möglich, ein Drehstellglied mit Zahnstange und Ritzel zu erreichen, das einen Dämpfungsmechanismus mit Luftdruck aufweist. Außerdem ist es nicht notwendig, einen langen Dämpfungsring und eine lange leere Kammer, in die der lange Dämpfungsring bei einem herkömmlichen Dämpfungsmechanismus eingesetzt wird, vorzusehen, so dass die Länge des Stellgliedes in einer Axialrichtung des Zylinders reduziert werden kann. Dadurch kann das Stellglied mit kompakter und einfacher Struktur hergestellt werden.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist die oben genannte Ablassöffnung über den Durchflussmengeneinstellmechanismus mit einem Anschluss verbunden.

Das Drehstellglied gemäß der vorliegenden Erfindung kann lediglich eine Zahnstange oder auch zwei Zahnstangen aufweisen.

Bei einem Drehstellglied mit zwei Zahnstangen sind eine erste Druckkammer und eine zweite Druckkammer auf beiden Seiten jeder der Zahnstangen vorgesehen. Die erste Druckkammer der ersten Zahnstange und die zweite Druckkammer der zweiten Zahnstange sind mit einem ersten Anschluss verbunden, während die erste Druckkammer der zweiten Zahnstange und die zweite Druckkammer der ersten Zahnstange mit einem zweiten Anschluss verbunden sind. Außerdem sind zwei Dämpfungsmechanismen vorgesehen, um die beiden Zahnstangen an einem Hubende in gedämpfter Weise anzuhalten.

Erfindungsgemäß weist ein Gehäuse des Stellgliedes an beiden Enden Endabdeckungen auf. In einer ersten Endabdeckung sind die beiden oben genannten Anschlüsse vorgesehen. Der Durchflussmengeneinstellmechanismus in den beiden Dämpfungsmechanismen ist in der zweiten Endabdeckung vorgesehen.

Die sich zu der zweiten Druckkammer öffnende Ablassöffnung ist vorgesehen. Der Anschluss und der Durchflussmengeneinstellmechanismus stehen miteinander durch eine Durchgangsöffnung in dem Gehäuse in Verbindung. Die Anschlussöffnung ist von der Durchgangsöffnung abgezweigt, so dass sie sich zu einer Oberfläche der Zylinderbohrung öffnet.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

1 ist ein Teilschnitt durch eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

2 ist ein Schnitt entlang der Linie II-II in 1.

3 ist eine vergrößerte Ansicht eines Hauptabschnittes in 1.

4 ist ein Schnitt durch eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

5 ist eine vergrößerte Ansicht eines Hauptabschnittes in 4.

6 ist ein Schnitt durch einen Hauptabschnitt einer anderen Ausführungsform eines Durchflussmengeneinstellmechanismus.

7 ist ein Schnitt durch einen Hauptabschnitt einer weiteren Ausführungsform des Durchflussmengeneinstellmechanismus.

8 ist ein Schnitt durch einen Hauptabschnitt einer noch weiteren Ausführungsform des Durchflussmengeneinstellmechanismus.

Nachfolgend wird eine detaillierte Beschreibung der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen gegeben. Bei der Beschreibung der Ausführungsformen werden für Elemente gleicher Funktion und Wirkungsweise gleiche Bezugszeichen verwendet.
Die 1 bis 3 zeigen eine erste Ausführungsform eines Drehstellgliedes mit Zahnstange und Ritzel gemäß der vorliegenden Erfindung, wobei das Stellglied 1A eine Zahnstange aufweist. Das Stellglied 1A hat ein rechteckiges Gehäuse 2. Das Gehäuse 2 weist eine Zylinderbohrung 5, deren beide Enden durch Endabdeckungen 3 und 4 verschlossen sind, eine Zahnstange 6, die in oszillierender Weise durch einen ersten Kolben 7a und einen zweiten Kolben 7b, die an beiden Enden vorgesehen sind, innerhalb der Zylinderbohrung 5 gleitet, erste und zweite Druckkammern 8a und 8b, die auf beiden Seiten der Zahnstange durch die Kolben 7a und 7b abgeteilt werden, erste und zweite Anschlussöffnungen P₁ und P₂ für die Zufuhr von Druckluft zu den Druckkammern 8a und 8b, ein Ritzel 10, das mit der Zahnstange 6 in Eingriff steht, so dass es durch die oszillierende Betätigung der Zahnstange 6 in oszillierender Weise gedreht wird, und eine Hauptachse (Abtriebswelle) 11 auf, die an dem Ritzel 10 befestigt ist und drehbar von einem Lager 12 abgestützt wird.
Die beiden Anschlüsse P₁ und P₂ sind an Positionen nahe den beiden Endabschnitten in Axialrichtung an einer Seitenfläche des Gehäuses 2 angeordnet und stehen jeweils mit einer der beiden Druckkammern 8a und 8b durch Anschlussöffnungen 14 und 15 in Verbindung, die sich in die Zylinderbohrung 5 öffnen. Außerdem wird die Zahnstange 6 zusammen mit den Kolben 7a und 7b in oszillierender Weise innerhalb der Zylinderbohrung 5 angetrieben, indem unter Druck stehende Luft abwechselnd von den Anschlüssen P₁ und P₂ den Druckkammern 8a und 8b zugeführt wird. Die Zahnstange 10 und die daran befestigte Hauptachse 11 werden entsprechend der Betätigung der Zahnstange 6 in oszillierender Weise gedreht.
Das Stellglied 1A weist außerdem erste und zweite Gruppen von Dämpfungsmechanismen 18a und 18b zum gedämpften Anhalten der Zahnstange 6 an vorderen und hinteren Hubenden auf.
Die Dämpfungsmechanismen 18a bzw. 18b weisen Ablassöffnungen 19 auf, die angrenzend an die Anschlüsse P₁ und P₂ vorgesehen sind und sich zu den Druckkammern 8a und 8b an Positionen öffnen, die den Kammerenden näher liegen als die jeweiligen Anschlussöffnungen 14 und 15. Außerdem sind Durchflussmengeneinstellmechanismen 20 zwischen den Ablassöffnungen 19 und den Anschlüssen P₁ und P₂ vorgesehen und beschränken eine Durchflussmenge der von den Druckkammern 8a und 8b abgeführten Ablassluft.
Der Durchflussmengeneinstellmechanismus 20 wird durch eine Drosselöffnung 22 gebildet, die den Durchfluss der Ablassluft beschränkt, wie es beispielhaft durch den Dämpfungsmechanismus 18b auf der Seite des Anschlusses P₂ in 3 gezeigt ist. Ein Kontrollventil 23, das ein Fließen der Ablassluft an der Drosselöffnung 22 vorbei verhindert, ist parallel zu der Drosselöffnung 22 vorgesehen. Die Drosselöffnung 22 und das Kontrollventil 23 sind in der in dem Gehäuse 2 ausgebildeten Ventilkammer 24 aufgenommen. Die Ventilkammer 24, die mit den Ablassöffnungen 19 und dem Anschluss P₁ oder P₂ in Verbindung steht, ist an der Seitenfläche des Gehäuses 2 vorgesehen. Ein Lochelement 25 mit einer zylindrischen Öffnung, deren Durchmesser sich zu einem vorderen Ende hin stufenweise reduziert, ist in der Ventilkammer 24 aufgenommen. Die Drosselöffnung 22 ist in dem Lochelement 25 aufgenommen. Eine das Kontrollventil 23 bildende Lippendichtung ist zwischen der äußeren Umfangsfläche eines vorderen Endabschnittes des Lochelements 25 und einer inneren Umfangsfläche der Ventilkammer 24 angeordnet. In der Zeichnung bezeichnet das Bezugszeichen 26 eine Durchgangsöffnung, die den Anschluss P₁ oder P₂ mit der Ventilkammer 24 verbindet.
Die Drosselöffnung 22 ist so ausgebildet, dass sie die Ablassöffnung 19 mit dem Anschluss P₁ oder P₂ verbindet, wobei ihre Öffnungsfläche durch eine an dem Lochelement 25 angebrachte Nadel 29 eingestellt werden kann. Dementsprechend bildet die Drosselöffnung 22 eine variable Drossel, mit der eine Durchflussmenge der Ablassluft einstellbar ist.
Das Kontrollventil 23 ist so aufgebaut, dass es ein Abfließen der Ablassluft von den Druckkammern 8a oder 8b bis auf den durch die Drosselöffnung 22 zu dem Anschluss P₁ oder P₂ fließenden Anteil verhindert. Hierdurch wird ein gedämpfter Hub an dem Hubende der Zahnstange 6 erreicht. Andererseits kann die Druckluft beim Beginn des Antriebes der Zahnstange 6 von dem Anschluss P₁ oder P₂ frei in die Druckkammer 8a oder 8b fließen.
Zwei innere und äußere Dichtungen 30 und 31, die luftdicht in gleitendem Kontakt mit der Oberfläche der Zylinderbohrung 5 stehen, sind an einer äußeren Umfangsfläche jedes der Kolben 7a und 7b an beiden Enden der Zahnstange 6 angebracht. Die Dichtungen 30 und 31 haben die Funktion einer Kolbendichtung, die die beiden Druckkammern 8a und 8b auf beiden Seiten der Zahnstange 6 abteilt. Die Dichtung 30 an einer äußeren Seite hat außerdem die Funktion einer Dämpfungsdichtung, die den Ablassluftdurchgang umschaltet. Wird nämlich die Zahnstange 6 in oszillierender Weise angetrieben, verschließt die Dämpfungsdichtung 30 des Kolbens 7a oder 7b auf der in Bewegungsrichtung vorderen Seite die Verbindung zwischen der Druckkammer 8a oder 8b und dem Anschluss P₁ oder P₂, wenn sich die Zahnstange 6 auf der Ablassseite unmittelbar vor Erreichen des Hubendes über die Anschlussöffnung 14 oder 15 hinwegbewegt. Dadurch kann die Ablassluft in der Druckkammer 8a oder 8b nur durch die Ablassöffnung 19 abgeführt werden.
Nachfolgend wird eine Beschreibung der Betriebs- und Wirkungsweise des Drehstellgliedes 1A mit dem oben beschriebenen Aufbau gegeben. Bei der Zufuhr von Druckluft zu dem ersten Anschluss P₁ in einem Zustand, in dem die Zahnstange 6 an dem einen, in 1 gezeigten Hubende ist, fließt die Druckluft von der Durchgangsöffnung 26 in die Ventilkammer 24 und öffnet das Kontrollventil 23, so dass sie von der Ablassöffnung 19 in die erste Druckkammer 8a fließen kann und die Zahnstange 6 ihre Vorwärtsbewegung in der in 1 nach rechts gerichteten Richtung beginnt.
Wenn die Dichtung 30 an der Außenseite des ersten Kolbens 7a auf der in Bewegungsrichtung der Zahnstange 6 hinteren Seite über die Anschlussöffnung 14 des ersten Anschlusses P₁ hinwegtritt, wird die Druckluft im Wesentlichen direkt durch die Anschlussöffnung 14 in die erste Druckkammer 8a eingeführt, so dass die Bewegung der Zahnstange in normaler Weise weitergeführt wird. Hierbei wird die Druckluft in der zweiten Druckkammer 8b auf der in Bewegungsrichtung der Zahnstange vorderen Seite im Wesentlichen direkt von der Anschlussöffnung 15 über den zweiten Anschluss P₂ abgeführt.
Wenn sich die Zahnstange 6 dem vorderen Hubende nähert und die an der Außenseite des zweiten Kolbens 7b, der an der in Bewegungsrichtung vorderen Seite angeordnet ist, angeordnete Dichtung 30 über die Anschlussöffnung 15 hinwegtritt, wird die zweite Druckkammer 8b auf der Ablassseite und der zweite Anschluss P₂ verschlossen, so dass die Luft in der zweiten Druckkammer 8b über den Durchflussmengeneinstellmechanismus 20 von der Ablassöffnung 19 abgeführt wird. Mit anderen Worten dient die Dichtung 20 als Dämpfungsdichtung, um den Durchgang für die Ablassluft von dem Zustand einer direkten Abfuhr der Ablassluft durch die Anschlussöffnung 15 und dem zweiten Anschluss P₂ in den Zustand einer beschränkten Abfuhr der Ablassluft durch die Ablassöffnung 19 und die Drosselöffnung 22 umzuschalten.
Dementsprechend wird der Druck in der zweiten Druckkammer 8b entsprechend der Durchflussmengenbeschränkung durch die Drosselöffnung 22 erhöht. Der erhöhte Druck wirkt als Kolbengegendruck, so dass die Geschwindigkeit der Zahnstange 6 zum Hubende hin reduziert wird.
Die Kolbendichtung 30 auf der Außenseite des zweiten Kolbens 7b hält vor der Ablassöffnung 19 an. Die innere Kolbendichtung 31 hält vor der Anschlussöffnung 15 an.
Bei der Rückwärtsbewegung der Zahnstange 6 von der Position an dem vorderen Bewegungsende wird die Druckluft dem zweiten Anschluss P₂ zugeführt, und der erste Anschluss P₁ ist zur Atmosphäre offen. Wenn sich die Zahnstange 6 dem in 1 gezeigten hinteren Bewegungshubende nähert, dient die Dichtung 30 auf der Außenseite des ersten Kolbens 7a, der auf der in Bewegungsrichtung der Zahnstange 6 vorderen Seite angeordnet ist, als Dämpfungsdichtung, um den Ablassdurchgang für die Druckluft aus der ersten Druckkammer 8a von dem Zustand, in dem sie direkt durch die Anschlussöffnung 14 und dem ersten Anschluss P₁ abgeführt wird, in den Zustand umzuschalten, in dem die Druckluft in beschränkter Weise über die Ablassöffnung 19 und die Drosselöffnung 22 des Durchflussmengeneinstellmechanismus 20 abgeführt wird. Dadurch hält die Zahnstange 6 auch an dem hinteren Bewegungshubende in gedämpfter Weise an, wobei die Geschwindigkeit der Zahnstange 6 reduziert wird. Hierbei hält die Kolbendichtung 31 in dem ersten Kolben 7a vor der Anschlussöffnung 14 an.
Dementsprechend wird die Druckluft abwechselnd von beiden Anschlüssen P₁ und P₂ den Druckkammern 8a und 8b zugeführt, so dass die Zahnstange 6 zusammen mit den Kolben 7a und 7b in oszillierender Weise innerhalb der Zylinderbohrung 5 angetrieben wird und durch die Dämpfungsmechanismen 18a und 18b in gedämpfter Weise an den jeweiligen Hubenden angehalten wird. Das Ritzel 10 und die Abtriebswelle 11 werden entsprechend der oszillierenden Bewegung der Zahnstange 6 in oszillierender Weise gedreht.
Da das Drehstellglied mit dem oben beschriebenen Aufbau den in herkömmlichen Luftdruckdämpfungsmechanismen vorgesehenen langen Dämpfungsring und die lange leere Kammer, in die der Dämpfungsring eingesetzt ist, nicht erfordert, ist es möglich, die axiale Länge des Zahnstangenmechanismus in dem Stellglied so klein wie möglich zu machen, so dass das Stellglied eine kompakte Größe und einen einfachen Aufbau aufweisen kann.
Sofern die Zahnstange 6 lediglich an einem Hubende in gedämpfter Weise angehalten werden soll, kann einer der beiden Dämpfungsmechanismen 18a oder 18b weggelassen werden.
4 zeigt eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die zweite Ausführungsform bezieht sich auf ein Drehstellglied mit zwei Zahnstangen.
Das Stellglied 1B weist zwei Zylinderbohrungen 5a und 5b auf, die parallel innerhalb des Gehäuses 2 vorgesehen sind. Beide Enden der Zylinderbohrungen 5a und 5b werden durch eine erste Endabdeckung 3 bzw. eine zweite Endabdeckung 4 verschlossen, die an beiden Enden des Gehäuses 2 angebracht sind. Eine erste Zahnstange 6a und eine zweite Zahnstange 6b mit Kolben 7a und 7b an beiden Enden sind gleitend in den beiden Zylindern 5a und 5b aufgenommen. Ein Ritzel 10 steht mit den Zahnstangen 6a und 6b in Eingriff und ist mit einer Hauptachse (Abtriebswelle) 11 verbunden.
Eine erste Druckkammer 8a und eine zweite Druckkammer 8b sind jeweils auf beiden Seiten der beiden Zahnstangen 6a und 6b durch Kolben 7a und 7b abgeteilt. Zwei Anschlüsse P₁ und P₂ für die Zufuhr von Druckluft zu den Druck kammern 8a und 8b sind in der ersten Endabdeckung 3 vorgesehen. Der erste Anschluss P₁ steht durch eine Durchgangsöffnung 35a mit der ersten Druckkammer 8a der ersten Zahnstange 6a in Verbindung. Mit der zweiten Druckkammer 8b der zweiten Zahnstange 6b steht der erste Anschluss P₁ durch eine in der ersten Endabdeckung 3 vorgesehene Durchgangsöffnung 36b, eine in dem Gehäuse 2 vorgesehene Durchgangsöffnung 37b und eine sich zu der Umfangsfläche der Zylinderbohrung 5b öffnende Anschlussöffnung 39b in Verbindung. Ein zweiter Anschluss P₂ steht mit der ersten Druckkammer 8a der zweiten Zahnstange 6b durch eine Durchgangsöffnung 35b in Verbindung und mit der zweiten Druckkammer 8b der ersten Zahnstange 6a durch eine Durchgangsöffnung 36a in der ersten Endabdeckung 3, eine Durchgangsöffnung 37a in dem Gehäuse 2 und eine sich zu der Umfangsfläche der Zylinderbohrung 5a öffnende Anschlussöffnung 39a.
Wie sich aus 5 ergibt, sind erste und zweite Gruppen von Dämpfungsmechanismen 18a und 18b zum Anhalten beider Zahnstangen 6a und 6b an den jeweiligen Hubenden in dem Stellglied 1B vorgesehen. Die Ablassöffnung 19 und der Durchflussmengeneinstellmechanismus 20 in den beiden Dämpfungsmechanismen 18a und 18b sind in der zweiten Endabdeckung 4 vorgesehen. Die Ablassöffnung 19 des ersten Dämpfungsmechanismus 18a für die erste Zahnstange 6a öffnet sich zu der zweiten Druckkammer 8b der ersten Zahnstange 6a. Die Anschlussöffnung 19 des zweiten Dämpfungsmechanismus 18b für die zweite Zahnstange 6b öffnet sich zu der zweiten Druckkammer 8b der zweiten Zahnstange 6b. Beide Ablassöffnungen 19 sind über den Durchflussmengeneinstellmechanismus 20 und die Durchgangsöffnung 40 mit der Durchgangsöffnung 37a oder 37b in dem Gehäuse 2 verbunden.
In diesem Fall ist der Aufbau insoweit der gleiche wie bei der ersten Ausführungsform als der Durchflussmengeneinstellmechanismus 20 durch die Drosselöffnung 22 und das parallel zu der Drosselöffnung 22 vorgesehene Kontroll ventil 23 gebildet wird. Da die Durchflussrichtung der durch die Durchgangsöffnung 22 hindurchtretenden Ablassluft aber entgegengesetzt zu der bei der ersten Ausführungsform ist, ist die Richtung des Kontrollventiles 23 umgekehrt zu der bei der ersten Ausführungsform beschriebenen Richtung.
Zwei Dichtungen 30 und 31 sind an einer äußeren und an einer inneren Seite des zweiten Kolbens 7b, der der zweiten Druckkammer 8b gegenüberliegt, angebracht. Die äußere Dichtung 30 ist so aufgebaut, dass sie als Dämpfungsdichtung fungiert. An dem ersten Kolben 7a, der der ersten Druckkammer 8a zugewandt ist, ist lediglich eine Kolbendichtung 31 in Form einer Lippendichtung vorgesehen.
In der Zeichnung bezeichnet das Bezugszeichen 43 eine Einstellschraube zur Einstellung des Hubendes der Zahnstangen 6a und 6b. Die Einstellschraube wird an einer den beiden Zahnstangen 6a und 6b entsprechenden Position der zweiten Endabdeckung 4 eingeschraubt, so dass sie einem vorderen Ende der Zahnstangen in den zweiten Druckkammern 8b und 8b zugewandt ist.
Das Drehstellglied 1B gemäß der zweiten Ausführungsform funktioniert wie folgt: 4 zeigt einen Zustand, in dem Druckluft dem zweiten Anschluss P₂ zugeführt wird, während der erste Anschluss P₁ zur Atmosphäre offen ist. Hierbei fließt die Druckluft über die Durchgangsöffnung 35b in die ersten Druckkammer 8a der zweiten Zahnstange 6b und über die Durchgangsöffnungen 36a und 37a sowie den Anschluss 39a in die zweite Druckkammer 8b der ersten Zahnstange 6a, um die zweite Zahnstange 6b zu dem vorderen Hubende zu bewegen und um die erste Zahnstange 6a zu dem hinteren Hubende zu bewegen.
Wenn die Druckluft von diesem Zustand dem ersten Anschluss P₁ zugeführt wird und der zweite Anschluss P₂ zur Atmosphäre geöffnet ist, fließt die Druck luft von dem ersten Anschluss P₁ über die Durchgangsöffnung 35a in die zweite Druckkammer 8a der ersten Zahnstange 6a und über den Auslassanschluss 19 von den Durchgangsöffnungen 36b und 37b in die zweite Druckkammer 8b der zweiten Zahnstange 6b, nachdem das Kontrollventil 23 geöffnet hat, um die erste Zahnstange 6a vorwärts und gleichzeitig die zweite Zahnstange 6b rückwärts zu bewegen und dadurch das Ritzel 10 und die Abtriebswelle 11 im Uhrzeigersinn (in 4) zu drehen. Wenn die Dichtung 30 auf der Außenseite des zweiten Kolbens 7b an der zweiten Zahnstange 6b über die Anschlussöffnung 39b hinwegtritt, wird die Druckluft im Wesentlichen durch die Anschlussöffnung 39b direkt der zweiten Druckkammer 8b zugeführt.
Wenn sich die erste Zahnstange 6a dem vorderen Bewegungshubende nähert und die Dichtung 30 auf der Außenseite des Kolbens 7b über die Anschlussöffnung 39a hinwegtritt, werden die zweite Druckkammer 8b und der zweite Anschluss P₂ verschlossen, und die Druckluft in der zweiten Druckkammer 8b wird in begrenzter Weise über die Drosselöffnung 22 von der Ablassöffnung 19 abgeführt. Dementsprechend erreicht die erste Zahnstange 6a das vordere Bewegungshubende mit reduzierter Geschwindigkeit und die zweite Zahnstange 6b erreicht das hintere Bewegungshubende, wobei die Geschwindigkeit der Zahnstange wie folgt reduziert wird:
Wenn die erste Zahnstange 6a das vordere Bewegungshubende erreicht, hält die Dichtung 31 in dem zweiten Kolben 7b vor der Anschlussöffnung 39a an.
Bei der Rückwärtsbewegung der ersten Zahnstange 6a und der Vorwärtsbewegung der zweiten Zahnstange 6b, so dass sie in dem umgeschalteten Zustand in 4 ist, reicht es aus, dass der erste Anschluss P₁ zur Atmosphäre geöffnet ist und die Druckluft dem zweiten Anschluss P₂ zugeführt wird. Zu dieser Zeit wird der Dämpfungsmechanismus 18b auf der Seite der zweiten Zahnstange 6b betätigt, und beide Zahnstangen 6a und 6b halten in gedämpfter Weise an dem Hubende an.
Die 6 bis 8 zeigen andere Ausführungsformen des Dämpfungsmechanismus, die bei der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden können. Ein in 6 gezeigter Dämpfungsmechanismus 18 unterscheidet sich von den ersten und zweiten Ausführungsformen dahingehend, dass die Drosselöffnung 22 in dem Durchflussmengeneinstellmechanismus 20 eine stationäre Drossel ohne Nadel ist.
Der in 7 gezeigte Dämpfungsmechanismus 18 unterscheidet sich von den ersten und zweiten Ausführungsformen dahingehend, dass der Durchflussmengeneinstellmechanismus 20 und das Kontrollventil 23 in einem Block 45 getrennt von dem Gehäuse 2 zusammengesetzt sind, wobei der Block 45 an dem Gehäuse 2 angebracht ist.
Der in 8 gezeigte Dämpfungsmechanismus 18 ist direkt in dem Gehäuse 2 ausgebildet, indem die Drosselöffnung 22 in dem Durchflussmengeneinstellmechanismus 20 gleichzeitig als Ablassöffnung 19 genutzt wird. Ihre Öffnungsfläche kann über eine Nadel variiert werden. Ein Teil einer Vielzahl von Dichtungen 30 und 31 an den Kolben 7a und 7b der Zahnstange 6 dient gleichzeitig als Kontrollventil. Hierbei ist die äußere Dichtung 30 als Lippendichtung mit einer definierten Dichtungsrichtung ausgebildet. Die Dichtung 30 ist in einer Richtung angebracht, die den Durchfluss von Druckluft zu der Seite der ersten Druckkammer 8a oder der Seite der zweiten Druckkammer 8b von der Seite der inneren Dichtung 31 erlaubt, einen entgegengesetzten Luftdurchgang aber verhindert.
Wenn die Druckluft von dem in 8 gezeigten Zustand dem zweiten Anschluss P₂ zugeführt wird, fließt die Druckluft von der Drosselöffnung 22 teilweise in die zweite Druckkammer 8b. Der größte Teil der Luft fließt von der Anschlussöffnung 15 in die äußere Umfangslücke in dem Kolben 7b, so dass sie in die zweite Druckkammer 8b fließt, nachdem sie die Dichtung 30 geöffnet hat, so dass die Zahnstange 6 mit der gewünschten Geschwindigkeit startet. Nachdem die Dichtung 30 über die Anschlussöffnung 15 hinweggetreten ist, fließt die Druckluft von der Anschlussöffnung 15 direkt in die zweite Druckkammer 8b. Danach dient die Dichtung 30 als Kolbendichtung zur luftdichten Abdichtung der zweiten Druckkammer 8b.
In den 6 bis 8 ist der Dämpfungsmechanismus beispielhaft auf der Seite des zweiten Anschlusses P₂ dargestellt. Der Dämpfungsmechanismus auf der Seite des ersten Anschlusses P₁ hat den gleichen Aufbau. Wird der Dämpfungsmechanismus 18 bei der in 4 gezeigten zweiten Ausführungsform eingesetzt, versteht es sich, dass der Durchflussmengeneinstellmechanismus 20, das Kontrollventil 23, die Ablassöffnung 19 und dgl. in der Endabdeckung vorgesehen sind.

Claims

Drehstellglied mit Dämpfungsmechanismus mit: wenigstens einer Zylinderbohrung (5) in einem Gehäuse (2); einer Zahnstange (6) mit Kolben (7a, 7b) an beiden Enden, die mit Hilfe der Kolben in der Zylinderbohrung (5) gleitet; einem Ritzel (10), das mit der Zahnstange (6) in Eingriff steht und mit einer Hauptachse (11) verbunden ist; zwei Anschlüssen (P₁, P₂) für die Zufuhr von Druckluft zu Druckkammern (8a, 8b) auf beiden Seiten der Zahnstange (6); einer Anschlussöffnung (14, 15), die sich zu einer Umfangsfläche der Zylinderbohrung (5) öffnet und die Anschlüsse (P₁, P₂) mit der zugehörigen Druckkammer (8a, 8b) verbindet; und einem Dämpfungsmechanismus (18) zum Anhalten der Zahnstange an wenigstens einem Hubende in gedämpfter Weise, wobei der Dämpfungsmechanismus (18) eine Ablassöffnung (19), die sich zu der Druckkammer (8a, 8b) an einer Position öffnet, die dem Kammerende näher liegt als die Anschlussöffnung (14, 15) und einen Durchflussmengeneinstellmechanismus (20) zur Beschränkung einer Durchflussmenge der von der Ablassöffnung (19) abgeführten Ablassluft aufweist, und wobei der Durchflussmengeneinstellmechanismus (20) durch eine Drosselöffnung (22) zur Beschränkung einer Durchflussmenge von von der Druckkammer (8a, 8b) abgeführter Ablassluft gebildet wird und dass ein Kontrollventil (23), das den Durchfluss von von der Druckkammer (8a, 8b) abgeführter Ablassluft verhindert und den Durchgang zugeführter Luft in die Druckkammer (8a, 8b) erlaubt, parallel zu der Drosselöffnung (22) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass an einer äußeren Umfangsfläche des Kolbens (7a, 7b) eine Dämpfungsdichtung (30) angebracht ist, die so wirkt, dass sie die Anschlussöffnung (14, 15) der Druckkammer (8a, 8b) verschließt unmittelbar bevor der Kolben (7a, 7b) das Hubende erreicht, so dass die Luft in der Druckkammer (8a, 8b) durch den Durchflussmengeneinstellmechanismus (20) abgeführt wird, und dass eine Ventilkammer (24), die die Ablassöffnung (19) mit dem Anschluss (P₁, P₂) verbindet, in dem Gehäuse (2) ausgebildet ist, und dass ein Lochelement (25) mit der Drosselöffnung (22) in der Ventilkammer (24) über eine das Kontrollventil (23) bildende Lippendichtung aufgenommen ist, wobei die Drosselöffnung (22) und das Kontrollventil (23) in der Ventilkammer (24) aufgenommen sind.
Drehstellglied nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ablassöffnung (19) über den Durchflussmengeneinstellmechanismus (20) mit dem einen Anschluss (P₁, P₂) verbunden ist.
Drehstellglied nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellglied ein Drehstellglied (1A) mit einer einzelnen Zahnstange (6) und einer Zylinderbohrung (5) ist.
Drehstellglied nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellglied zwei Gruppen von Dämpfungsmechanismen (18) aufweist, und dass die Dämpfungsmechanismen (18) an beiden Endabschnitten des Gehäuses (2) vorgesehen sind, um die Zahnstange (6) an beiden Hubenden in gedämpfter Weise anzuhalten.
Drehstellglied nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellglied ein Drehstellglied (1B) mit zwei Zahnstangen (6a, 6b) und zwei Zylinderbohrungen (5a, 5b) ist.
Drehstellglied mit Dämpfungsmechanismus mit: zwei Zylinderbohrungen (5a, 5b), die parallel zueinander in einem Gehäuse (2) vorgesehen sind; einer ersten Zahnstange (6a) und einer zweiten Zahnstange (6b) mit Kolben (7a, 7b) an beiden Enden, die innerhalb der Zylinderbohrungen (5a bzw. 5b) mit Hilfe der Kolben (7a, 7b) gleiten; einem Ritzel (10), das mit beiden Zahnstangen (6a, 6b) in Eingriff steht, und einer mit dem Ritzel (10) verbundenen Hauptachse (11); ersten Druckkammern (8a, 8a) und zweiten Druckkammern (8b, 8b) auf beiden Seiten jeder der Zahnstangen (6a, 6b); einem ersten Anschluss (P₁), der mit der ersten Druckkammer (8a) der ersten Zahnstange (6a) und der zweiten Druckkammer (8b) der zweiten Zahnstange (6b) in Verbindung steht, und einem zweiten Anschluss (P₂), der mit der ersten Druckkammer (8a) der zweiten Zahnstange (6b) und der zweiten Druckkammer (8b) der ersten Zahnstange (6a) in Verbindung steht; und zwei Gruppen von Dämpfungsmechanismen (18a, 18b) zum Anhalten beider Zahnstangen (6a, 6b) an jeweils einem Hubende in gedämpfter Weise, dadurch gekennzeichnet, dass der Dämpfungsmechanismus (18a, 18b) eine Ablassöffnung (19), die sich zu der zweiten Druckkammer (8b) an einer Position öffnet, die dem Kammerende näher liegt als eine Anschlussöffnung (39a, 39b), welche den Anschluss (P₁, P₂) mit der zweiten Druckkammer (8b) verbindet, einen Durchflussmengeneinstellmechanismus (20) zur Beschränkung einer Durchflussmenge an von der Ablassöffnung (19) abgeführter Ablassluft, und eine Dämpfungsdichtung (30) aufweist, die an einer äußeren Umfangsfläche des Kolbens (7b) angebracht ist und so betrieben wird, dass sie die Anschlussöffnung (39a, 39b) der zweiten Druckkammer (8b) verschließt, unmittelbar bevor der Kolben (7b) sein Hubende erreicht, so dass die Luft in der zweiten Druckkammer (8b) durch den Durchflussmengeneinstellmechanismus (20) abgeführt wird, und dass das Gehäuse (2) Endabdeckungen (3, 4) an seinen beiden Enden aufweist, dass die Anschlüsse (P₁, P₂) in einer ersten Endabdeckung (3) vorgesehen sind, dass der Durchflussmengeneinstellmechanismus (20) in den beiden Gruppen von Dämpfungsmechanismen (18a, 18b) in der anderen, zweiten Endabdeckung (4) vorgesehen ist, dass die Ablassöffnung (19) sich zu der zweiten Kammer (8b) öffnet, dass der Anschluss (P₁, P₂) und der Durchflussmengeneinstellmechanismus (20) miteinander durch die erste Endabdeckung (3) und eine in dem Gehäuse (2) ausgebildete Durchgangsöffnung (37a, 37b) verbunden sind, und dass die Anschlussöffnung (39a, 39b) von der Durchgangsöffnung (37a, 37b) des Gehäuses (2) abgezweigt ist, so dass sie sich zu einer Umfangsfläche der Zylinderbohrung (5a, 5b) öffnet.
Drehstellglied nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchflussmengeneinstellmechanismus (20) durch eine Drosselöffnung (22) zur Begrenzung einer Durchflussmenge an von der Druckkammer (8) abgeführten Ablassluft gebildet wird, und dass ein Kontrollventil (23), das den Durchfluss von von der Druckkammer (8) abgeführter Ablassluft verhindert und einen Durchgang von in die Druckkammer (8) fließender zugeführter Luft erlaubt, parallel zu der Drosselöffnung (22) vorgesehen ist.
Drehstellglied nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Ventilkammer (24), die mit der Ablassöffnung (19) und dem Anschluss (P) in Verbindung steht, in der Endabdeckung (3, 4) ausgebildet ist, und dass ein Lochelement (25) mit der Drosselöffnung (22) in der Ventilkammer (24) über eine das Kontrollventil (23) bildende Lippendichtung aufgenommen ist, wobei die Drosselöffnung (22) und das Kontrollventil (23) in der Ventilkammer (24) aufgenommen ist.