DE19940644A1

DE19940644A1 - Shaft bearing

Info

Publication number: DE19940644A1
Application number: DE19940644A
Authority: DE
Inventors: Peter Hessling
Original assignee: Alfa Laval Flow GmbH
Current assignee: Crane Process Flow Technologies GmbH
Priority date: 1999-08-26
Filing date: 1999-08-26
Publication date: 2001-03-01
Also published as: EP1212537B1; ATE242433T1; EP1212537A1; DE50002472D1; AU6998500A; WO2001014751A1; ES2195932T3

Abstract

The invention relates to a pneumatic actuator comprising a housing (1), which has a pneumatic cylinder (6), and comprising at least one piston (4, 5). Said piston can move inside the cylinder (6) in the direction of the axis of the cylinder (6) and, together with the cylinder (6), delimits a working space (32, 33, 34). The piston (4, 5) has a gearing (20) which extends in a direction of the axis. The inventive pneumatic actuator also comprises a shaft (3) which can rotate around an axial direction (2), whose axial direction (2) is vertical in relation to the axis, and which has a gearing (12) that engages with the gearing (20) of the piston (4, 5). A less complex structure is obtained by virtue of the fact that the piston (4, 5) fixes the shaft (3) with positive engagement in the axial direction thereof (2).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen pneumatischen Aktuator mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.The present invention relates to a pneumatic Actuator with the features of the preamble of the claim 1.

Ein derartiger Aktuator ist aus dem deutschen Gebrauchs muster G 9014487.2 bekannt. Bei den bekannten Aktuatoren wird die Abtriebswelle mit zwei Lagerschilden in dem Ge häuse gelagert. Die Lagerschilde werden von der Innensei te, die den Zylinder bildet, in das Gehäuse eingesetzt, und die Welle wird ebenfalls von innen her mit Außensi cherungsringen oder Sprengringen in ihrer Axialrichtung fixiert. Die Montage der Lager und der Sicherungsringe vom Arbeitsraum des Zylinders her ist eine relativ schwierig auszuführende manuelle Tätigkeit, die uner wünschte Kosten verursacht. Such an actuator is from German use sample G 9014487.2 known. In the known actuators the output shaft with two end shields in the Ge stored in the house. The end shields are from the Innensei te, which forms the cylinder, inserted into the housing, and the shaft is also from the inside with outside Si circlips or snap rings in their axial direction fixed. Installation of bearings and circlips from the working space of the cylinder is a relative one difficult to perform manual activity, the un desired costs caused.

Es ist deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen pneumatischen Aktuator dahingehend zu verbessern, daß die Montage der Welle und der Kolben in dem Gehäuse einfacher erfolgen kann und insgesamt weniger Bauelemente benötigt werden.It is therefore an object of the present invention to pneumatic actuator to improve in that the Assembly of the shaft and pistons in the housing easier can take place and requires fewer components overall become.

Diese Aufgabe wird von einem Aktuator mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.This task is performed by an actuator with the characteristics of claim 1 solved.

Weil vorgesehen ist, daß der Kolben die Welle in ihrer Axialrichtung formschlüssig fixiert, kann die Welle bis zum Einführen des Kolbens axial bewegt werden und so ohne zusätzliche Fixierungselemente an ihre Position gebracht werden. Sobald der Kolben eingesetzt wird, ergibt sich aus dem Formschluß die axiale Fixierung, die im Stand der Technik durch Lagerschilde und Sicherungsringe bewirkt wird.Because it is intended that the piston the shaft in its Axial direction fixed positively, the shaft can be moved axially to insert the piston and so without additional fixation elements brought into position become. As soon as the piston is inserted, it results from the positive connection, the axial fixation in the state of Technology caused by end shields and circlips becomes.

Dabei ergibt sich eine besonders einfache Ausführungs form, wenn die Welle wenigstens eine in Umfangsrichtung ausgerichtete Nut aufweist, die mit einem in Achsrichtung verlaufenden Steg des Kolbens in Eingriff steht. Wenn weiter die Welle zwei Lagerbereiche aufweist, die Berei che des größten Durchmessers der Welle bilden, so kann die Welle ohne weiteres von außen her in das Gehäuse ein geführt und im Bereich der Lagerstellen eingepaßt werden. Auf separate Lager kann im wesentlichen verzichtet wer den, wenn die Welle in zwei Lagerstellen unmittelbar in dem Gehäuse gelagert ist. Die Lagerung der Welle bleibt nahezu kräftefrei, wenn die Lagerstellen der Welle im we sentlichen den gleichen Durchmesser aufweisen und sich dadurch die Druckbelastung in beiden Richtungen aufhebt. Dies fördert auch die Standzeit der Fixierung der Welle im Bereich der Stege und Nuten. This results in a particularly simple execution shape when the shaft is at least one circumferentially has aligned groove with an in the axial direction extending web of the piston is engaged. If further the shaft has two bearing areas, the area form the largest diameter of the shaft, so can the shaft easily from the outside into the housing be guided and fitted in the area of the bearing points. There is essentially no need for separate bearings the, if the shaft in two bearings directly in the housing is stored. The shaft remains in place almost free of force if the shaft bearings in the we have substantially the same diameter and themselves thereby canceling the pressure load in both directions. This also promotes the service life of the shaft fixation in the area of the webs and grooves.

Die Nut kann besonders einfach bei der Fertigung der Wel le angebracht werden, wenn es sich um eine umlaufend ein gestochene Nut handelt. Eine symmetrische Anordnung, die eine Verwendung von zwei identischen Kolben erlaubt, er gibt sich, wenn jeder Kolben insgesamt zwei der Verzah nung benachbarte Stege aufweist. Es kann auch vorgesehen sein, daß der Arbeitsraum im Bereich der Lagerstellen der Welle mittels in jeweils in einer Nut der Welle einlie genden Dichtringen aus Gummi oder einem Kunststoff gegen über dem Außenraum abgedichtet ist.The groove can be particularly simple when manufacturing the wel le be attached if it is a wraparound one engraved groove. A symmetrical arrangement that allows the use of two identical pistons results when each piston has a total of two teeth voltage has adjacent webs. It can also be provided be that the workspace in the area of the bearings Insert the shaft into a groove in the shaft against rubber or plastic sealing rings is sealed over the outside space.

Ein besonders vorteilhaftes Verfahren zur Montage eines insoweit beschriebenen Aktuators ergibt sich, wenn zu nächst die Welle in die Lagerstellen eingeführt wird und danach der oder die Kolben in Eingriff mit der Welle ge bracht werden, so daß die Welle ohne weitere Befesti gungsmittel in Axialrichtung fixiert und insbesondere in den Lagerstellen gehalten wird.A particularly advantageous method for assembling a the actuator described so far results if too next the shaft is inserted into the bearings and thereafter the piston or pistons engage the shaft be brought so that the shaft without further fastening means fixed in the axial direction and in particular in the storage points is kept.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der vorliegen den Erfindung anhand der Zeichnungen beschrieben.In the following an embodiment of the present described the invention with reference to the drawings.

Es zeigen:Show it:

Fig. 1 Einen Querschnitt durch einen erfindungs gemäßen Aktuator entlang der Axialrich tung der Welle bei Betrachtung in Rich tung der Längsachse des Zylinders; sowie Fig. 1 shows a cross section through a fiction, modern actuator along the Axialrich tung the shaft when viewed in Rich tung the longitudinal axis of the cylinder; such as

Fig. 2 einen Querschnitt durch einen Aktuator entlang der Längsachse des Zylinders, wo bei die Betrachtungsrichtung mit der Axialrichtung der Welle zusammenfällt. Fig. 2 shows a cross section through an actuator along the longitudinal axis of the cylinder, where the direction of observation coincides with the axial direction of the shaft.

In der Fig. 1 ist ein erfindungsgemäßer pneumatischer Aktuator mit einem Gehäuse 1, einer in dem Gehäuse um ei ne Achse 2 drehbar gelagerten Welle 3 sowie zwei Pneuma tikkolben 4 und 5 veranschaulicht. Das Gehäuse 1 bildet an seiner Innenseite eine zylindrische Bohrung 6, in die die Kolben 4 und 5 zur Bildung eines Arbeitsraumes dich tend eingesetzt sind. Die Längsachse der Bohrung 6 ist in der Fig. 1 senkrecht zur Zeichenebene orientiert.In FIG. 1, an inventive pneumatic actuator having a housing 1, a rotatably mounted in the housing about axis 2 ei ne shaft 3 and two pneuma tikkolben 4 and 5 is illustrated. The housing 1 forms on its inside a cylindrical bore 6 , in which the pistons 4 and 5 tend to be used to form a working space. The longitudinal axis of the bore 6 is oriented perpendicular to the plane of the drawing in FIG. 1.

Die Welle 3 ist im wesentlichen rotationssymmetrisch aus gebildet und weist von unten nach oben in der Fig. 1 folgende Bereiche auf:The shaft 3 is essentially rotationally symmetrical and has the following areas from bottom to top in FIG. 1:

Das untere Ende der Welle bildet einen Lagerbereich 10, der auch eine Stelle des größten Durchmessers der Welle 3 darstellt. An den Lagerbereich 10 schließt eine eingesto chene Nut 11 an, die mit einem kastenförmigen Querschnitt versehen ist. Angrenzend an die Nut 11 ist eine Verzah nung 12 nach Art eines Ritzels mit parallel zur Achse 2 orientierten Zahnflanken vorgesehen. Das obere Ende der Verzahnung 12 grenzt wiederum an eine umlaufend eingesto chene Nut 13 an, die ihrerseits an einen Lagerbereich 14 grenzt. Der Lagerbereich 14 der Welle 3 schließt ebenso wie der Lagerbereich 10 mit der Außenseite des Gehäuses 1 bündig ab. An dem in Fig. 1 oben dargestellten Ende der Welle 3 ist schließlich als Abtrieb des Aktuators ein Zweiflach 15 vorgesehen, wie es üblicherweise verwendet wird.The lower end of the shaft forms a bearing area 10 , which also represents a location of the largest diameter of the shaft 3 . At the storage area 10 adjoins an inserted groove 11 , which is provided with a box-shaped cross section. Adjacent to the groove 11 , a toothing 12 is provided in the manner of a pinion with tooth flanks oriented parallel to the axis 2 . The upper end of the toothing 12 in turn borders on a circumferentially inserted groove 13 , which in turn borders on a storage area 14 . The bearing area 14 of the shaft 3 , like the bearing area 10, is flush with the outside of the housing 1 . At the end of the shaft 3 shown at the top in FIG. 1, a double 15 is finally provided as the output of the actuator, as is usually used.

Die Kolben 4 und 5 sind bei der Darstellung gemäß Fig. 1 im Bereich ihres Eingriffs mit der Welle 3 geschnitten. In diesem Bereich tragen die Kolben 4 und 5 jeweils eine nach Art einer Zahnstange geradeaus gerichtete Verzahnung 20, die mit der Verzahnung 12 der Welle 3 in Eingriff steht. Die axialen Ränder der Verzahnung 20 grenzen an jeweils einen Steg 21 an, der mit dem Kolben 4 bzw. 5 einstückig geformt ist und der in die Nuten 11 bzw. 13 eingreift. Das Gehäuse 1 selbst weist eine in Richtung der Achse 2 verlaufende Durchgangsbohrung auf, die die Mittenachse des Zylinders 6 mittig und vertikal schnei det. Diese Bohrung bildet Lagerstellen 22, die mit den Lagerstellen 10 und 14 der Welle 3 zusammen eine Gleitla gerung für die Drehung der Welle 3 um die Achse 2 bildet. Im Bereich der Lagerstellen 22 ist der Innenraum des Zy linders 6 gegenüber der Atmosphäre mit nicht dargestell ten Dichtmitteln, beispielsweise in Gestalt von O-Ringen, abgedichtet.The pistons 4 and 5 are cut in the illustration according to FIG. 1 in the area of their engagement with the shaft 3 . In this area, the pistons 4 and 5 each carry a toothing 20 directed straight ahead in the manner of a toothed rack, which meshes with the toothing 12 of the shaft 3 . The axial edges of the toothing 20 each adjoin a web 21 which is formed in one piece with the piston 4 or 5 and which engages in the grooves 11 or 13 . The housing 1 itself has a through hole extending in the direction of the axis 2 , which cuts the central axis of the cylinder 6 centrally and vertically. This bore forms bearing points 22 , which together with the bearing points 10 and 14 of the shaft 3 form a slide bearing for the rotation of the shaft 3 about the axis 2 . In the area of the bearings 22 , the interior of the cylinder 6 is sealed from the atmosphere with sealing means not shown, for example in the form of O-rings.

Die Fig. 2 zeigt den Aktuator gemäß Fig. 1 in einem Querschnitt entlang der Achse des Zylinders 6. Die Achse 2 der Welle 3 ist in der Darstellung gemäß Fig. 2 senk recht zur Zeichenebene orientiert. Gleiche Bauelemente tragen gleiche Bezugsziffern. FIG. 2 shows the actuator according to FIG. 1 in a cross section along the axis of the cylinder 6 . The axis 2 of the shaft 3 is oriented perpendicular to the plane of the drawing in FIG. 2. The same components have the same reference numbers.

Die Fig. 2 veranschaulicht, wie die Kolben 4 und 5 die Welle 3 symmetrisch umgeben, die Kolben 4 und 5 tragen dichtend mit dem Zylinder 6 zusammenwirkende Kolbenböden 30, an denen sich der zahnstangenartige Bereich mit der Verzahnung 20 anschließt. Das Gehäuse 1 selbst ist an den Stirnseiten der Zylinderbohrung 6 mit plattenförmigen Zy linderköpfen 31 verschlossen. Die Kolben 4, 5, die Zylin derbohrung 6 und die Zylinderköpfe 31 begrenzen dabei insgesamt drei Arbeitsräume 32, 33 und 34, von denen die Arbeitsräume 32 und 34 pneumatisch parallel geschaltet werden und der Arbeitsraum 33 separat mit Druck beauf schlagbar ist. Entsprechende Anschlußbohrungen für die Arbeitsräume 32, 33 und 34 sind mit den Bezugsziffern 35, 36 und 37 gekennzeichnet. Fig. 2 illustrates how the pistons 4 and 5, the shaft 3 is surrounded symmetrically, the pistons 4 and 5 bear sealingly connected to the cylinders 6 cooperating piston heads 30 to which the rack-like region connecting with the gear 20. The housing 1 itself is closed on the end faces of the cylinder bore 6 with plate-shaped Zy cylinder heads 31 . The pistons 4 , 5 , the cylin derbohrung 6 and the cylinder heads 31 limit a total of three working spaces 32 , 33 and 34 , of which the working spaces 32 and 34 are pneumatically connected in parallel and the working space 33 can be separately pressurized with. Corresponding connection bores for the working spaces 32 , 33 and 34 are identified by the reference numbers 35 , 36 and 37 .

In der Praxis wird der vorliegende Aktuator montiert, in dem zunächst in das Gehäuse 1, genauer gesagt, in die Durchgangsbohrung mit den Lagerstellen 22 die Welle 3 in Richtung der Achse 2 eingeführt wird, bis die Position der Fig. 1 erreicht wird. Sodann wird von den offenen Enden der Zylinderbohrung 6 her je ein Kolben zu jeder Seite der Welle 3 hin eingeführt, so daß die Verzahnungen 20 synchron mit der Verzahnung 12 in Eingriff kommen. Gleichzeitig greifen die parallel zur Verzahnung 12 ver laufenden Stege 21 in die Nuten 11, 13 ein. Die Kolben 4, 5 werden dann symmetrisch in die Bohrung 6 hineinge drückt, wodurch die Welle 3 um ihre Achse 2 gedreht wird, die Verzahnungen 12 und 20 ineinander eingreifen und die Stege 21 in die Nuten 11, 13 gleiten. Durch den form schlüssigen Eingriff der Stege 21 in die Nuten 11, 13 ist die Welle in Richtung der Achse 2 fixiert, ohne daß wei tere Befestigungsmittel erforderlich wären. Der Zylinder 6 wird nun mit den Zylinderköpfen 31 verschlossen und die erforderlichen pneumatischen Anschlüsse vorgesehen.In practice, the present actuator is assembled by first inserting the shaft 3 in the direction of the axis 2 into the housing 1 , more precisely, into the through bore with the bearing points 22 until the position of FIG. 1 is reached. Then a piston is inserted from each of the open ends of the cylinder bore 6 to each side of the shaft 3 , so that the toothings 20 engage synchronously with the toothing 12 . At the same time, the webs 21 running parallel to the toothing 12 engage in the grooves 11 , 13 . The pistons 4 , 5 are then pressed symmetrically into the bore 6 , as a result of which the shaft 3 is rotated about its axis 2 , the toothings 12 and 20 engage one another and the webs 21 slide into the grooves 11 , 13 . By the form-fitting engagement of the webs 21 in the grooves 11 , 13 , the shaft is fixed in the direction of the axis 2 , without white fasteners would be required. The cylinder 6 is now closed with the cylinder heads 31 and the required pneumatic connections are provided.

Bei der Benutzung des Aktuators wird nun beispielsweise der Arbeitsraum 33 mit Druck beaufschlagt, so daß die Kolben 4 und 5 auseinandergedrängt werden. In der Dar stellung gemäß Fig. 2 führt dies zu einer Drehung der Welle 3 gegen den Uhrzeigersinn, während die Arbeitsräume 32 und 34 entlüftet werden. Für eine Drehung der Welle 3 im Uhrzeigersinn werden die Arbeitsräume 32 und 34 mit Druck beaufschlagt, während der Arbeitsraum 33 entlüftet wird. Diese Arbeitsweise ist aus dem Stand der Technik bekannt.When using the actuator, for example, the working space 33 is now pressurized, so that the pistons 4 and 5 are pushed apart. In the Dar position shown in FIG. 2, this leads to a rotation of the shaft 3 counterclockwise, while the working spaces 32 and 34 are vented. For a rotation of the shaft 3 clockwise, the working spaces 32 and 34 are pressurized, while the working space 33 is vented. This mode of operation is known from the prior art.

Es wird derzeit bevorzugt, daß die Nuten wie in diesem Ausführungsbeispiel dargestellt seitlich an die Verzah nung 12 angrenzen und die Kolben 4 und 5 jeweils zwei Stege 21 aufweisen. Dabei soll die äußere Begrenzung der Stege 21 im Betrieb mit den äußeren Wandungen der Nuten 11, 13 gleitend in Anlage kommen, während die Stege 21 von der Verzahnung 12 einen geringen Abstand aufweisen. Die axiale Führung der Welle 3 wird dann im Betrieb le diglich von den Flanken der Kolben bewirkt.It is currently preferred that the grooves as shown in this embodiment are adjacent to the toothing 12 and the pistons 4 and 5 each have two webs 21 . In this case, the outer boundary of the webs 21 should come into sliding contact with the outer walls of the grooves 11 , 13 while the webs 21 are at a short distance from the toothing 12 . The axial guidance of the shaft 3 is then caused by the flanks of the pistons during operation.

Als Materialien für einen erfindungsgemäßen Aktuator wer den derzeit Aluminium für das Gehäuse 1 und die Welle 3 sowie Kunststoff für die Kolben 4 und 5 bevorzugt. Die Abdichtung im Bereich der Lagerstellen kann durch selbst schmierende Kunststoffe erfolgen. Andere Materialien oder Materialpaarungen sind jedoch ebenso denkbar. Die Lage rung selbst ist im Betrieb nur gering beansprucht, da es sich hier um ein Stellglied handelt, wie es für die Betä tigung von Ventilen verwendet wird.As materials for an actuator according to the invention, who currently prefers aluminum for the housing 1 and the shaft 3 and plastic for the pistons 4 and 5 . Sealing in the area of the bearing points can be done using self-lubricating plastics. However, other materials or material pairs are also conceivable. The position itself is only slightly stressed during operation, since this is an actuator as used for the actuation of valves.

Claims

1. Pneumatic actuator with a housing ( 1 ), the egg NEN pneumatic cylinder ( 6 ), with at least one in the cylinder ( 6 ) in the direction of the axis of the cylinder ( 6 ) movable piston ( 4 , 5 ) with the Cylinder ( 6 ) delimits a working space ( 32 , 33 , 34 ), the piston ( 4 , 5 ) carrying a toothing ( 20 ) running in the direction of the axis, and with a shaft ( 3 ) rotatable about an axial direction ( 2 ), whose axial direction ( 2 ) is aligned perpendicular to the axis and which has a toothing ( 12 ) which is in engagement with the toothing ( 20 ) of the piston ( 4 , 5 ), characterized in that the piston ( 4 , 5 ) the Shaft ( 3 ) fixed positively in its axial direction ( 2 ).

2. Actuator according to claim 1, characterized in that the shaft ( 3 ) has at least one circumferentially aligned groove ( 11 , 13 ) which is in engagement with an axially extending web ( 21 ) of the piston ( 4 , 5 ) .

3. Actuator according to one of the preceding claims, characterized in that the shaft ( 3 ) has two bearing areas ( 10 , 14 ), the areas of the largest diameter of the shaft ( 3 ) bil.

4. Actuator according to one of the preceding claims, characterized in that the shaft ( 3 ) in two bearing points ( 22 ) is mounted directly in the housing ( 1 ).

5. Actuator according to one of the preceding claims, characterized in that the bearing points ( 10 , 14 ) of the shaft ( 3 ) have substantially the same diameter.

6. Actuator according to one of the preceding claims, characterized in that the groove ( 11 , 13 ) is a circumferentially pierced groove.

7. Actuator according to one of the preceding claims, characterized in that each piston ( 4 , 5 ) has a total of two teeth ( 20 ) be adjacent webs ( 21 ).

8. Actuator according to one of the preceding claims, characterized in that the piston ( 4 , 5 ) is made of a plastic.

9. Actuator according to one of the preceding claims, characterized in that the working space ( 33 ) is sealed in the region of the bearing points ( 11 , 14 ) of the shaft ( 3 ) by means of sealing rings lying in each case in a groove of the shaft ( 3 ) against the outside space.

10. A method for mounting an actuator according to one of the preceding claims, characterized in that first the shaft ( 3 ) is inserted into the bearing points ( 22 ) and then the piston or pistons ( 4 , 5 ) in engagement with the shaft ( 3rd ) to be brought.

11. The method according to claim 10, characterized in that the shaft ( 3 ) without wide re fasteners in the bearing points ( 22 ) is held.