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Die
Erfindung betrifft einen fluidbetätigten Drehantrieb, mit einem
Gehäuse,
das eine längliche Gehäusekammer
enthält,
in der ein durch gesteuerte Fluidbeaufschlagung unter Ausführung einer
Hubbewegung linear hin und her bewegbarer Antriebskolben angeordnet
ist, der mit einer bezüglich
dem Gehäuse
verdrehbaren, stirnseitig aus dem Gehäuse herausragenden Abtriebsstange
drehfest verbunden ist und der bezüglich dem Gehäuse derart
geführt
ist, dass er bei seiner Hubbewegung eine dieser überlagerte Drehbewegung um
seine Längsachse
ausführt.
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Ein
aus der
DE 44 27 777
C2 bekannter Drehantrieb dieser Art enthält einen
in einer kreiszylindrischen Gehäusekammer
verschiebbar angeordneten, ebenfalls kreiszylindrisch konturierten
Antriebskolben, der durch Fluidbeaufschlagung zu einer axialen Hubbewegung
veranlasst werden kann. Der axialen Hubbewegung ist eine Drehbewegung überlagert,
da der Antriebskolben am Außenumfang
mehrere wendelartig verlaufende Nuten aufweist, in die gehäusefeste
Führungsglieder
eingreifen, die nach radial innen in die Gehäusekammer vorstehen. Eine bezüglich dem
Gehäuse
drehbar gelagerte Abtriebsstange ist drehfest mit dem Antriebskolben
verbunden und wird folglich bei der kombiniert linearen und rotativen
Bewegung des Antriebskolbens zu einer Drehbewegung angetrieben.
Dieser kann einer Linearbewegung überlagert sein. Nachteilig
bei dieser bekannten Anordnung ist der Umstand, dass der Antriebskolben
für die
Unterbringung der wendelförmigen
Nuten einer relativ großen
axialen Baulänge
bedarf. Dies führt
zu großen
Längenabmessungen
des gesamten Drehantriebes, wenn relativ große Drehwinkel und/oder ein
relativ hohes Drehmoment realisiert werden sollen. Auch das erforderliche
Zusammenwirken mit den Führungsgliedern
gibt konstruktive Beschränkungen
vor.
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In
der
DE 195 30 519
C2 wurde bereits ein Drehantrieb vorgeschlagen, dessen
Antriebskolben ebenso wie die zugeordnete Gehäusekammer einen nicht kreisförmigen Querschnitt
aufweisen, sodass eine Verdrehsicherung gegeben ist. Die gewünschte Rotationsbewegung
der Abtriebsstange wird dadurch realisiert, dass zwischen letzterer
und dem auf ihr laufenden Antriebskolben eine Gewindeverbindung vorliegt.
Um große
Drehwinkel und/oder hohe Drehmomente zu erhalten, bedarf es hier
einer großen Länge des
an der Abtriebsstange vorgesehenen Gewindeabschnittes, was gleichzeitig
eine große
Baulänge
des An triebskolbens bedingt und somit wiederum eine große axiale
Länge des
gesamten Drehantriebes zur Folge hat.
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Ein
aus der
DE 26 05 205
A1 bekannter Drehantrieb enthält ebenfalls eine Abtriebsstange
mit Außengewinde
und einen damit in Gewindeeingriff stehenden Antriebskolben, wobei
der Antriebskolben und die ihn aufnehmende Gehäusekammer eine einander entsprechende
unkreisförmige
Querschnittsgestalt haben. Wird der Antriebskolben zu einer Linearbewegung
angetrieben, führt
die axial gehäusefest abgestützte Abtriebsstange
eine Drehbewegung aus. Der Antriebskolben selbst wird dabei nicht
verdreht.
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Bei
dem in der
US 3 183 792 beschriebenen Drehantrieb
ist es zwar möglich,
die Baulänge
des Antriebskolbens zu reduzieren. Der Antriebskolben läuft hier
auf einer schraubenwendelförmigen
Abtriebsstange und ist seinerseits gegenüber dem Gehäuse verdrehgesichert. Problematisch
bei dieser Bauform ist jedoch die in dem wendelförmigen Bereich zwischen der
Abtriebsstange und dem Antriebskolben notwendige Abdichtung, die
nur mit einer sehr komplexen Dichtungskontur zu bewältigen ist.
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Es
ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Drehantrieb der
eingangs genannten Art zu schaffen, der insbesondere kompakte axiale
Abmessungen zulässt.
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Zur
Lösung
dieser Aufgabe ist vorgesehen, dass der Antriebskolben und die Gehäusekammer eine
einander entsprechende unkreisförmige
Querschnittsgestalt aufweisen, wobei die Gehäusekammer eine in ihrer Längsrichtung
verdrillte Gestalt besitzt, sodass der von der Umfangslänge der
Gehäusekammer
geführte
Antriebskolben bei seiner Hubbewegung eine der Verdrillung entsprechende
Drehbewegung ausführt.
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Auf
diese Weise ist das Zusammenwirken zwischen der verdrillten Gehäusekammer
und dem Antriebskolben für
die Erzeugung der gewünschten Drehbewegung
verantwortlich. Die aufeinander abgestimmte unkreisförmige Querschnittsgestalt
von Antriebskolben und Gehäusekammer
sorgt dafür, dass
der Antriebskolben bei seiner linearen Hubbewegung gleichzeitig
eine der Verdrillung folgende Drehbewegung ausführt, die an der drehfest gekoppelten
Abtriebsstange als Drehbewegung abgegriffen werden kann. Entsprechend
dem gewählten
Verdrillungsgrad kann pro Längeneinheit
der Gehäusekammer
ein mehr oder weniger großer
Drehwinkel vorgegeben werden, was eine relativ einfache Vorgabe
des abgreifbaren Drehwinkels und Drehmomentes zulässt. Da
die miteinander kooperierenden Konturen von Gehäusekammer und Antriebskolben
relativ einfach ausgebildet werden können, bereitet die Realisierung
der zwischen dem Antriebskolben und der Gehäusekammer notwendigen Abdichtung
keine größeren Probleme.
Nicht zuletzt ermöglicht
der erfindungsgemäße Drehantrieb
die Einhaltung kompakter axialer Abmessungen, weil die Länge des
Antriebskolbens unabhängig
vom auszuführenden
Kolbenhub gewählt
werden kann.
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Der
Drehantrieb kann sowohl als reiner Drehantrieb als auch als kombinierter
Dreh-Linear-Antrieb realisiert werden. Im erstgenannten Falle ist
die Abtriebsstange axial feststehend und der Antriebskolben führt eine
Hubbewegung relativ zu der drehfest mit ihm verbundenen Abtriebsstange
aus. Im zweitgenannten Falle wird die Abtriebsstange zusätzlich zu
einer Drehbewegung zu einer überlagerten
Linearbewegung angetrieben. Hierzu ist sie axial fest mit dem Antriebskolben
verbunden und relativ zum Gehäuse
axial verschiebbar. Die erfindungsgemäßen Vorteile treffen auf beide
Ausführungsvarianten
zu.
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Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen gehen aus den Unteransprüchen hervor.
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In
Bezug auf die vorzunehmende Abdichtung zwischen dem Antriebskolben
und der Gehäusekammer
ist es von Vorteil, wenn die Umfangsfläche der Gehäusekammer in der Umfangsrichtung
durchweg einen konkav bogenförmigen
oder kombiniert konkav bogenförmigen
und linearen Verlauf besitzt, wobei der Antriebskolben außen entsprechend
konvex bogenförmig
oder kombiniert konvex bogenförmig
und linear konturiert ist. Beispielsweise könnte die Gehäusekammer
einen quadratischen Querschnitt mit abgerundeten Eckenbereichen
besitzen, in der ein entsprechend konturierter Antriebskolben geführt ist.
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Als
optimal wird derzeit allerdings eine Bauform angesehen, bei der
der Antriebskolben und die Gehäusekammer
eine längliche
Querschnittsform aufweisen. Hier bietet sich beispielsweise eine
elliptische oder ovale Formgebung an. Möglich ist auch eine längliche
Querschnittsform, die an ihren beiden Längsseiten je einen linearen
Abschnitt aufweist und die an den Schmalseiten kreisbogenförmig konturiert ist.
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Seitens
des Antriebskolbens sind keine Verdrillungsmaßnahmen vorzusehen, wenn sein
Kontaktbereich mit der Umfangsfläche
der Gehäusekammer
in axialer Richtung relativ kurz ist. In der Regel wird jedoch schon
aus Gründen
einer optimalen Abdichtung eine gewisse Mindestbaulänge des
Antriebskolbens vorzusehen sein. In diesem Fall ist es dann zweckmäßig, wenn
der Antriebskolben insgesamt oder zumindest im Bereich seiner Außenumfangsfläche eine
entsprechend der Gehäusekammer ebenfalls
in Längsrichtung
verdrillte Gestalt aufweist. Dies gewährleistet einen verkantungsfreien
und leichtgängigen
Kolbenlauf.
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Ein
wesentliches Einsatzgebiet für
den Drehantrieb ist beispielsweise die Betätigung eines Kugelhahns oder
Drehschiebers, wobei das vorgenannte Organ zum Öffnen und Schließen eines
Fluiddurchganges um 45° verdreht
werden muss. Ein für
einen solchen Einsatz konzipierter Drehantrieb ist zweckmäßigerweise
so ausgelegt, dass der Verdrillungswinkel der Gehäusekammer
zwischen ihren beiden Endbereichen bei mindestens 45° liegt, wobei
vorzugsweise etwas mehr als 45° vorgesehen
werden, damit der für
das zu betätigende
Organ gewünschte Drehwinkel
auch mit Sicherheit bereitgestellt werden kann.
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Unabhängig von
der zuvor geschilderten Anwendung lassen sich mit dem Drehantrieb
durch entsprechende Wahl des Verdrillungswinkels in Verbindung mit
einer entsprechenden Länge
der Gehäusekammer
praktisch beliebig große
Drehwinkel realisieren. Auch Drehwinkel über 360° sind prinzipiell möglich.
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Zur
Realisierung der verdrillten Gehäusekammer
kann das Gehäuse
des Drehantriebes über einen
insgesamt verdrillten Rohrköper
verfügen,
dessen Innenraum die Gehäusekammer
bildet. Hat der Rohrkörper
außen
eine nicht kreisförmige
Gestalt, ergibt sich hier auch außen eine in Längsrichtung
gewundene Formgebung.
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Als
besonders zweckmäßig in Verbindung mit
einer einen länglichen
Querschnitt aufweisenden Gehäusekammer
erweist sich der Einsatz eines Gehäuses, das außen einen
rechteckförmigen
Querschnitt aufweist. Die drehwinkelmäßige Orientierung des Rechteckquerschnittes ändert sich
allerdings über
die Länge
der Gehäusekammer
hinweg, mit dem Resultat einer verdrillten bzw. gewundenen Gestalt.
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Soll
ein außen
verdrilltes Gehäuse
für den Betrachter
nicht sichtbar sein, kann das Gehäuse zusätzlich in einem es koaxial
umschließenden
Hüllrohr beliebiger
Gestalt untergebracht werden. Dieses Hüllrohr kann bei Bedarf auch
zu Befestigungszwecken eingesetzt werden.
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Für die Herstellung
des die verdrillte Gehäusekammer
aufweisenden Gehäuseabschnittes
bietet sich beispielsweise die Strangpresstechnik mit einem entsprechend
gewundenen Strang-Presswerkzeug an.
Eine Herstellung durch Gießen
wäre ebenfalls möglich. Denkbar
wäre es
auch, den betreffenden Gehäuseabschnitt
aus zwei längs
geteilten Hälften zu
realisieren, die man getrennt herstellt und anschließend zusammenfügt.
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Als
Materialien für
das Gehäuse
kommen insbesondere Metall, Kunststoff, Keramik oder Verbundmaterialien
daraus in Frage.
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Um
eine besonders leichtgängige
Bewegung des Antriebskolbens in der Gehäusekammer zu gewährleisten,
kann der Antriebskolben an seiner Außenumfangsfläche mit
einem besonderen Gleitwerkstoff beschichtet sein, beispielsweise
auf Polytetrafluorethylen-Basis. In Verbindung mit extremen Beanspruchungen
wären auch
Wälzlagermittel
denkbar.
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Der
Antriebskolben besitzt in einer bevorzugten Bauform einen insbesondere
aus Kunststoffmaterial bestehenden Kolbenhauptkörper, der die mit dem Gehäuse zusammenwirkenden
Dichtungen trägt.
In Verbindung mit einem reinen Drehantrieb besitzt der Kolbenhauptkörper eine
Durchbrechung, in der zweckmäßigerweise
eine von der Antriebsstange durchsetzte Führungsbuchse angeordnet ist,
die für die
drehfeste und zugleich axial verschiebliche Lagerung zwischen Antriebskolben
und Abtriebs stange sorgt. Axial beidseits der Führungsbuchse befindet sich
zweckmäßigerweise
je eine ringförmige
Dichtung, die einen Fluidübertritt
zwischen den beiden axial beidseits des Antriebskolbens vorhandenen
Arbeitskammern verhindern.
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Nachfolgend
wird die Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. In
dieser zeigen:
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1 eine
bevorzugte erste Bauform des erfindungsgemäßen Drehantriebes in perspektivischer Darstellung,
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2 den
Drehantrieb aus 1, teilweise aufgebrochen,
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3 eine
Seitenansicht des Drehantriebes mit Blickrichtung gemäß Pfeil
III aus 1,
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4 eine
Draufsicht des Drehantriebes mit Blickrichtung gemäß Pfeil
IV aus 1,
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5 eine
Vorderansicht des Drehantriebes mit Blickrichtung gemäß Pfeil
V aus 1,
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6 eine
Einzeldarstellung der Abtriebsstange und des verdrehsicher und zugleich
linear verschiebbar darauf sitzenden Antriebskolbens, und
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7 in
schematischer Darstellung einen Ausschnitt eines alternativen Drehantriebes
im Querschnitt.
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Der
in seiner Gesamtheit mit Bezugsziffer 1 bezeichnete Drehantrieb
verfügt über ein
Längsgestalt
aufweisendes Gehäuse 2,
das in seinem Innern eine in Längsrichtung
verlaufende Gehäusekammer 3 definiert.
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Im
konkreten Fall des Ausführungsbeispiels setzt
sich das Gehäuse 2 aus
einem Rohrkörper 4 und
zwei an den beiden Stirnseiten des Rohrkörpers 4 unter Abdichtung
angebrachten ersten und zweiten Abschlussdeckeln 5, 6 zusammen.
Die Abschlussdeckel 5, 6 sind an die Stirnseite
des Rohrkörpers 4 angesetzt
und über
axial in die Wandung des Rohrkörpers 4 eingreifende
Befestigungsschrauben 7 mit dem Rohrkörper 4 verschraubt.
Für die
Abdichtung im jeweiligen Fügebereich
sorgt eine Dichtung 8.
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Eine
als Abtriebsstange 12 bezeichnete Stange erstreckt sich
koaxial in der Gehäusekammer 3.
Ihre Längsachse
ist mit der Längsachse
der Gehäusekammer 3 identisch.
Die Abtriebsstange 12 durchsetzt den einen, ersten Abschlussdeckel 5 und ragt
mit einem Abgriffsabschnitt 14 stirnseitig aus dem Gehäuse 2 heraus.
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Durch
als solches bekannte Drehlagermittel 15, beispielsweise
Wälzlager,
ist die Abtriebsstange 12 an beiden Abschlussdeckeln 5, 6 drehbar
gelagert. Somit ist sie in der Lage, eine durch einen Doppelpfeil
angedeutete Drehbewegung 16 bezüglich dem Gehäuse 2 um
ihre Längsachse 13 auszuführen.
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Zwischen
der Abtriebsstange 12 und dem ersten Abschlussdeckel 5 angeordnete
Dichtungsmittel 17 sorgen für eine fluiddichte Abtrennung
der Gehäusekammer 3 gegenüber der
Atmosphäre
im Durchdringungsbereich der Abtriebsstange 12.
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Vergleichbare
weitere Dichtungsmittel 18 sind auch zwischen dem zweiten
Abschlussdeckel 6 und dem innerhalb diesem endenden rückwärtigen Endabschnitt
der Abtriebsstange 12 vorgesehen. Sie sind beim Ausführungsbeispiel
notwendig, weil die Abtriebsstange in eine axial durchgehende Durchbrechung
des zweiten Abschlussdeckels 6 eingreift. Ware diese Durchbrechung
anderweitig dicht verschlossen oder würde auf eine Durchbrechung
verzichtet werden, würden
sich entsprechend auch die weiteren Dichtungsmittel 18 erübrigen.
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Der
in der Gehäusekammer 3 verlaufende, im
Folgenden als Kraftübertragungsabschnitt 22 bezeichnete
Längenabschnitt
der Abtriebsstange 12 hat eine unverdrillte, unkreisförmige Profilierung.
Bevorzugt handelt es sich um eine im Querschnitt quadratische Außenkontur,
mit abgerundeten Kanten.
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Die
Abtriebsstange 12 ist bezüglich dem Gehäuse 2 axial
unbeweglich fixiert. Dies geschieht durch eine entsprechende Ausgestaltung
der Drehlagermittel 15 in Verbindung mit einem am ersten
Abschlussdeckel 5 befestigten, die Abtriebsstange 12 konzentrisch
umschließenden
Haltering 23.
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Alternativ
wären jegliche
andere Lagerungsmaßnahmen
möglich,
die dafür
sorgen, dass die Abtriebsstange 12 bezüglich dem Gehäuse 2 zwar
um seine Längsachse 13 verdrehbar,
gleichzeitig aber axial unbewegbar gelagert ist.
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In
der Gehäusekammer 3 befindet
sich ein Antriebskolben 24. Seine Außenumfangsfläche 25 ist entsprechend
der peripheren Umfangsfläche 26 der Gehäusekammer 3 konturiert
und liegt gleitfähig
an dieser Umfangsfläche 26 an.
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Der
Antriebskolben 24 unterteilt die Gehäusekammer 3 axial
in eine erste und zweite Arbeitskammer 27, 28.
In jede dieser Arbeitskammern 27, 28 mündet ein
in der Wandung des Gehäuses 2 verlaufender
gesonderter Fluidkanal 32a, 32b, wobei jedem Fluidkanal 32a, 32b an
der Außenfläche des Gehäuses 2 eine
Anschlusseinrichtung 33 zugeordnet ist, die den lösbaren Anschluss
einer mit einer Fluidquelle verbundenen Fluidleitung ermöglicht.
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Durch
gesteuerte, aufeinander abgestimmte Fluidbeaufschlagung der beiden
Arbeitskammern 27, 28 kann der Antriebskolben 24 zu
einer der Längsachse 13 folgenden
linearen Hubbewegung 34 in der einen oder anderen Richtung
angetrieben werden. Dabei bewegt er sich zwischen zwei Hubendlagen, die
durch einen Kontakt mit der Innenfläche des ersten bzw. zweiten
Abschlussdeckels 5, 6 oder anderer gehäusefester
Anschläge
definiert sind. Am Antriebskolben 24 vorgesehene Pufferelemente 35 mindern den
Endaufprall.
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Der
Antriebskolben 24 ist vom Kraftübertragungsabschnitt 22 der
Abtriebsstange 12 koaxial durchsetzt. Der hierzu vorgesehenen
Kolbendurchbrechung 36 zugeordnete Dichtungsmittel 37 verhindern
einen Fluidübertritt
zwischen den beiden Arbeitskammern 27, 28 durch
die Kolbendurchbrechung 36 hindurch. Die Dichtungsmittel 37 sind
beim Ausführungsbeispiel
von zwei axial beabstandeten ringförmigen Dichtungen gebildet,
die in der Kolbendurchbrechung 36 unter Abdichtung befestigt
sind und eine der unkreisförmigen
Außenkontur
des Kraftübertragungsabschnittes 22 entsprechende
Dichtungskontur verfügen.
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Weitere
Dichtungsmittel 38 dichten den Gleitspalt zwischen dem
Antriebskolben 24 und der Umfangsfläche 26 der Gehäusekammer 3 ab.
Sie sind ringförmig
gestaltet und sind am Antriebskolben 24 im Bereich dessen
Außenumfanges
fixiert. Beim Ausführungsbeispiel
handelt es sich um zwei axial beabstande te Dichtungsringe, die als
sogenannte Nutringe ausgebildet sind.
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Bevorzugt
verfügt
der Kolben über
einen insbesondere aus Kunststoffmaterial bestehenden Kolbenhauptkörper 42,
der die beiden Dichtungsmittel 37, 38 trägt. Letztere
können
als gesonderte Komponenten angebracht oder in einem Formgebungsverfahren
direkt angeformt sein. Die mit der Umfangsfläche 26 kooperierende
Außenumfangsfläche 25 befindet
sich zweckmäßigerweise
an dem Kolbenhauptkörper 42.
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Bei
seiner Hubbewegung 34 verlagert sich der Antriebskolben 24 in
der Längsrichtung
der Gehäusekammer 3 relativ
zur Abtriebsstange 12. Hierbei gleitet er entlang der Außenumfangsfläche des Kraftübertragungsabschnittes 22.
Er besitzt zu diesem Zweck vorzugsweise eine aus verschleißfestem Material
bestehende Führungsbüchse 43,
die in der Kolbendurchbrechung 36 zwischen den beiden Dichtungsringen 37 angeordnet
und drehfest am Kolbenhauptkörper 42 fixiert
ist. Ihre Innenfläche
ist komplementär
zur Außenumfangsfläche des
Kraftübertragungsabschnittes 22 konturiert
und hat somit beim Ausführungsbeispiel
einen quadratischen Querschnitt.
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Letzteres
hat zur Folge, dass der Antriebskolben 24 nur in Richtung
der Hubbewegung 34 relativ zur Abtriebsstange 12 verlagerbar
ist. Im Übrigen liegt
eine drehfeste Verbindung zwischen dem Antriebskolben 24 und
der Abtriebsstange 12 vor. Jegliche bezüglich der Längsachse 13 ausgeführte Drehbewegung
des Antriebskolbens 24 wird daher unmittelbar auf die Abtriebsstange 12 übertragen,
die sich synchron mitdreht.
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Der
Antriebskolben 24 kann auch auf andere Weise als durch
eine separate Führungsbüchse 43 mit
der Abtriebsstange 12 verschiebbar und zugleich drehfest
gekoppelt werden. Beispielsweise kann direkt am Kolbenhauptkörper 42 eine
mit der Außenumfangsfläche des
Kraftübertragungsabschnittes 22 kooperierende
Führungsfläche vorgesehen
sein.
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Der
Antriebskolben 24 ist bezüglich dem Gehäuse 2 derart
geführt,
dass er bei seiner Hubbewegung 34 eine dieser Hubbewegung 34 überlagerte, durch
einen Doppelpfeil angedeutete Drehbewegung 44 um seine
Längsachse 13 relativ
zu dem Gehäuse 2 ausführt. Bei
dem gezeigten Ausführungsbeispiel hat
dies zur Folge, dass die Drehbewegung 44 auf den Kraftübertragungsabschnitt 22 übertragen
wird und somit die Abtriebsstange 12 ebenfalls eine Drehbewegung 16 ausführt. Somit
wird die Linearbewegung des Antriebskolbens 24 in eine
an dem Abgriffsabschnitt 14 abgreifbare Drehbewegung 16 der Abtriebsstange 12 umgesetzt.
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Um
die Drehbewegung 44 des Antriebskolbens 24 zu
erhalten, weisen der Antriebskolben 24 und die Gehäusekammer 3 jeweils eine
unkreisförmige
Querschnittsgestalt auf, und zwar mit einander entsprechender Konturierung.
Dies würde
als solches in Verbindung mit einer konventionell gestalteten Gehäusekammer
eine Drehbewegung des Antriebskolbens 24 ausschließen. Erfindungsgemäß ist jedoch
weiter vorgesehen, dass die Gehäusekammer 3 in
ihrer Längsrichtung
verdrillt ist. Betrachtet man daher den Querschnitt der Gehäusekammer 3, so
bleibt dessen Gestalt zwar über
die gesamte Länge
der Gehäusekammer 3 hinweg
die gleiche, er ändert
jedoch kontinuierlich seine Winkellage mit der Längsachse 13 als Drehachse.
Dies hat zur Folge, dass der von der Umfangsfläche 26 der Gehäusekammer 3 geführte Antriebskolben 24 bei
seiner linearen Hubbewegung 34 eine der Verdrillung folgende überlagerte
Drehbewegung gemäß Doppelpfeil 44 ausführt.
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Beim
Ausführungsbeispiel
haben sowohl der Antriebskolben 24 als auch die Gehäusekammer 3 eine
insbesondere aus 5 und 6 ersichtliche längliche
Querschnittsform. Die Umfangsfläche 26 der
Gehäusekammer 3 hat
in der Umfangsrichtung zweckmäßigerweise
durchweg einen konkav bogenförmigen
Verlauf, wobei die Außenumfangsfläche 25 des
Antriebskolbens 24 eine entsprechend konvex gestaltete
Außenkontur
besitzt. Dabei ändert
sich die Krümmung
entlang des Umfanges. Als besonders vorteilhaft wird eine elliptische
oder ovale Kontur angesehen.
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Eine
andere mögliche
Querschnittsform zeigt die 7. Hier
besitzen sowohl die innere Umfangsfläche 26 der Gehäusekammer 3 als
auch die Außenumfangsfläche 25 des
Antriebskolbens 24 einen Umfangsverlauf, der sich teils
aus bogenförmigen
und teils aus linearen Abschnitten zusammensetzt. Bevorzugt sind
hierbei zwei lineare Abschnitte 45 an den beiden Längsseiten
und zwei dazwischen verlaufende kreisbogenförmige Abschnitte 46 an
den Schmalseiten vorgesehen. Die kreisbogenförmigen Abschnitte 46 erstrecken
sich jeweils über
eine Bogenlänge
von 180°,
sodass ein stufen- und kantenloser Übergang in die linearen Abschnitte 45 gewährleistet
ist, was die Abdichtung zwischen den miteinander kooperierenden
Flächen 25, 26 vereinfacht.
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Bei
allen Ausführungsbeispielen
ergibt sich somit ein stetiger Umfangsverlauf, was die Abdichtung
zwischen Antriebskolben 24 und Gehäuse 2 sehr vereinfacht.
Ungeachtet der hervorgerufenen Drehbewegung des Antriebskolbens 24 können die Abdichtmaßnahmen
so ausgeführt
werden wie bei einem konventionellen Drehantrieb mit verdrehgesichertem
Antriebskolben, jedoch unverdrillter Gehäusekammer.
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In
Verbindung mit der verdrillten Gestaltung der Gehäusekammer 3 ist
es zweckmäßig, auch
den kürzer
als die Gehäusekammer 3 ausgebildeten
Antriebskolben 24, zumindest im Bereich seiner Außenumfangsfläche 25,
mit einer der Verdrillung der Gehäusekammer entsprechenden verdrillten
Längsgestalt
zu versehen. Dadurch wird ein verkantungsfreier Kolbenlauf begünstigt.
Man hat außerdem
die Möglichkeit,
die Länge
des Kolbens ohne Beeinträchtigung
der gewünschten
Funktionalität
ausreichend groß zu
wählen,
um die erforderlichen Dichtungsmittel 37, 38 und
Führungsmittel 43 unterzubringen.
Zudem ermöglicht
die größere Kontaktfläche die Übertragung
höherer
Drehmomente zwischen der Gehäusekammer 3 und
dem Antriebskolben 24.
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Insbesondere
aus Gründen
der Materialeinsparung ist das Gehäuse 2 in Verbindung
mit einer einen länglichen
Querschnitt aufweisenden Gehäusekammer 3 im
Bereich seiner Außenfläche zweckmäßigerweise
ebenfalls mit länglichem
Querschnitt gestaltet. Beim Ausführungsbeispiel
gilt dies für
den die Umfangfläche 26 definierenden
Rohrkörper 4,
der außen
einen rechteckförmigen
Querschnitt aufweist und insgesamt eine entsprechend der Verdrillung
der Gehäusekammer 3 verdrillte
Gestalt besitzt. Die lineare Querschnittslängsachse des Rohrkörpers fällt an jeder
Stelle seiner axialen Länge
mit der Querschnittslängsachse
der Gehäusekammer 3 zusammen.
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Man
kann sich den Rohrkörper 4 entstanden denken
durch Verdrillen eines außen
ursprünglich quaderförmigen Rohrkörpers. Eine
solche Herstellungsart ist auch in der Praxis durchaus möglich. Um eine
höhere
Genauigkeit zu erzielen, empfiehlt es sich jedoch, den eine verdrillte
Gestalt aufweisenden Rohrkörper 4 durch
Gießformgebung
oder durch Strangpressen herzustellen.
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Entsprechend
dem gewählten
Verdrillungswinkel des Rohrkörpers 4 können sich
unterschiedliche drehwinkelmäßige Relativpositionen
zwischen den beim Ausführungsbeispiel
von den beiden Abschlussdeckeln 5, 6 gebildeten
axialen Endabschnitten des Gehäuses 2 einstellen.
Der Drehantrieb des Ausführungsbeispiels
ist so ausgelegt, dass die Abtriebsstange 12 um einen Drehwinkel
von 90° verdreht
wird, wenn der Antriebskolben 24 von der einen zur anderen
Endlage bewegt wird. Entsprechend der hin und her Bewegung des Antriebskolbens 24 führt die
Abtriebsstange 12 dabei eine hin und her gehende Drehbewegung
aus. Damit der Drehwinkel von 90° auch
sicher erreicht wird, beträgt
der Verdrillungswinkel des Rohrkörpers 4 beim
Ausführungsbeispiel
geringfügig
mehr als 90°,
sodass auch die Querschnittslängsachsen
der beiden Abschlussdeckel 5, 6 nicht exakt rechtwinkelig
zueinander stehen, sondern unter einem von 90° leicht abweichenden Winkel.
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Entsprechend
dem gewählten
Verdrillungswinkel der Gehäusekammer 3 können unterschiedliche
maximale Drehwinkel der Abtriebsstange 12 realisiert werden.
Außerdem
kann durch die Realisierung unterschiedlicher Steigungen der Verdrillung der
pro Hubeinheit des Antriebskolbens 24 erzielbare Drehwinkel variabel
vorgegeben werden. Über
den gewählten
Verdrillungswinkel kann auch das Drehmoment beeinflusst werden,
mit dem der Antriebskolben 24 auf die Abtriebsstange 12 einwirkt.
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Die
Außenkontur
des Gehäuses 2 muss
sich nicht zwingend am Verlauf und an der Gestaltung der Gehäusekammer 3 orientieren.
Man könnte
den verdrillten Verlauf ohne weiteres auch in einem außen geradlinig
verlaufenden quaderförmigen
oder zylindrischen Gehäuse 2 verwirklichen.
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Verfügt das Gehäuse 2 auch
außen über eine
verdrillte Gestalt, kann diese bei Bedarf durch ein in 5 strichpunktiert
angedeutetes Hüllrohr 47 kaschiert
werden, welches das Gehäuse 2 koaxial umschließt.
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Der
Leichtgängigkeit
der kombiniert linearen und rotativen Bewegung des Antriebskolbens 24 ist es
förderlich,
wenn er an seiner Außenumfangsfläche 25 mit
einem Gleitwerkstoff beschichtet ist, beispielsweise mit Polytetrafluorethylen-Kunststoff.
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Der
Drehantrieb kann alternativ auch so ausgebildet sein, dass die Abtriebsstange 12 bei
der Hubbewegung 34 des Antriebskolbens 24 nicht
nur zu der Drehbewegung 16, sondern gleichzeitig zu einer überlagerten
axialen Linearbewegung 48 angetrieben wird, wie dies in 4 angedeutet
ist. Die Ab triebsstange 12 fährt dann auch bezüglich dem
Gehäuse 2 axial
aus und ein.
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Um
dies zu realisieren, erstreckt sich die Abtriebsstange 12 ausgehend
vom Antriebskolben 24 nur in Richtung des von ihr durchsetzten
ersten Abschlussdeckels 5 und ist nicht nur drehfest, sondern auch
axial fest mit dem Antriebskolben 24 verbunden. Auf diese
Weise macht die Abtriebsstange 12 nicht nur die Drehbewegung 44,
sondern auch die Hubbewegung 34 des Antriebskolbens 24 mit.
Es versteht sich, dass in diesem Fall die beim oben beschriebenen
Ausführungsbeispiel
vorhandene, axial unbewegliche Fixierung der Abtriebsstange 12 bezüglich dem
Gehäuse 2 aufgehoben
ist. Die Abtriebsstange 12 durchsetzt dann den ersten Abschlussdeckel 5 unter
Abdichtung in axial verschieblicher Weise.
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Der
auf diese Art verwirklichte Drehantrieb kann als kombinierter Dreh-Linear-Antrieb
bezeichnet werden, weil sich an seiner Abtriebsstange 12 nicht
nur eine reine Rotationsbewegung sondern auch eine Linearbewegung
abgreifen lässt.