DE202005019238U1

DE202005019238U1 - Fluidbetätigter Drehantrieb

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Publication number: DE202005019238U1
Application number: DE200520019238
Authority: DE
Original assignee: Festo SE and Co KG
Current assignee: Festo SE and Co KG
Priority date: 2005-12-09
Filing date: 2005-12-09
Publication date: 2006-03-02
Anticipated expiration: 2015-12-10

Abstract

Fluidbetätigter Drehantrieb, mit zwei durch Lagerungsmittel (33) bezüglich einer Hauptachse (2) axial gegenseitig abgestützten und relativ zueinander verdrehbar gelagerten Kopfstücken (3, 4) und mit einem sich unter Einschluss einer mit mindestens einem Fluidkanal (25) verbundenen Fluidkammer (24) axial zwischen den beiden Kopfstücken (3, 4) erstreckenden Betätigungsschlauch (5), der derart strukturiert ist, dass er bei Fluidbeaufschlagung der Fluidkammer (24) eine radiale Aufweitung erfährt und dabei eine relative Drehbewegung zwischen den beiden an ihm fixierten Kopfstücken (3, 4) hervorruft, dadurch gekennzeichnet, dass die Fluidkammer (24) als Ringkammer ausgebildet ist und eine von dem Betätigungsschlauch (5) koaxial umschlossene starre Innenwand (27) aufweist, die zumindest teilweise von einem Rohrkörper (28) gebildet ist, über den die beiden Kopfstücke (3, 4) unter Abdichtung und relativ zueinander verdrehbar miteinander verbunden sind.

Description

Die Erfindung betrifft einen fluidbetätigten Drehantrieb, mit zwei durch Lagerungsmittel bezüglich einer Hauptachse axial gegenseitig abgestützten und relativ zueinander verdrehbar gelagerten Kopfstücken und mit einem sich unter Einschluss einer mit mindestens einem Fluidkanal verbundenen Fluidkammer axial zwischen den beiden Kopfstücken erstreckenden Betätigungsschlauch, der derart strukturiert ist, dass er bei Fluidbeaufschlagung der Fluidkammer eine radiale Aufweitung erfährt und dabei eine relative Drehbewegung zwischen den beiden an ihm fixierten Kopfstücken hervorruft.
Ein aus der EP 1059459 B1 bekannter fluidbetätigter Drehantrieb dieser Art verfügt über einen sich zwischen zwei Kopfstücken erstreckenden Betätigungsschlauch mit einer schraubenwendelförmigen Strangstruktur. Die beiden Kopfstücke sind innerhalb des Betätigungsschlauches durch Lagerungsmittel sowohl in axialer Richtung gegenseitig abgestützt als auch relativ zueinander verdrehbar gelagert. Zwischen den beiden Kopfstücken befindet sich eine Fluidkammer, die radial außen durch den Betätigungsschlauch begrenzt ist. Wird sie mit fluidischem Druckmedium beaufschlagt, dehnt sich der Betätigungsschlauch radial aus und ruft eine relative Drehbewegung zwischen den beiden Kopfstücken hervor, die für Antriebszwecke abgegriffen werden kann, beispielsweise für die Betätigung eines Prozessventils.
Ein fluidbetätigter Drehantrieb ähnlichen Aufbaues wird in der US 4108050 beschrieben. Er unterscheidet sich vor allem dadurch von dem bereits diskutierten Drehantrieb, dass die gegenseitige Abstützung der beiden Kopfstücke außerhalb des Betätigungsschlauches stattfindet.
Da die zwischen den beiden Kopfstücken wirksamen Lagerungsmittel im Falle der EP 1059459 B1 innerhalb des Betätigungsschlauches angeordnet sind, ergibt sich bei diesem Drehantrieb verglichen mit demjenigen der US 4108050 bei vergleichbaren Abmessungen ein reduzierter Verbrauch an Betätigungsfluid. Gleichwohl ist der Fluidverbrauch noch immer recht hoch.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Realisierung eines einen relativ geringen Fluidverbrauch aufweisenden fluidbetätigten Drehantriebes.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruches 1 vorgesehen, dass die Fluidkammer als Ringkammer ausgebildet ist und eine von dem Betätigungsschlauch koaxial umschlossene starre Innenwand aufweist, die zumindest teilweise von einem Rohrkörper gebildet ist, über den die beiden Kopfstücke unter Abdichtung und relativ zueinander verdrehbar miteinander verbunden sind.
Das beim Aktivieren des Drehantriebes zu befüllende Fluidvolumen ist somit relativ gering. Aufgrund der fluiddichten Innenwand ergibt sich eine ringförmig gestaltete Fluidkammer mit im Vergleich zum Stand der Technik relativ kleinem Volumen. Die zumindest teilweise Realisierung der starren Innenwand in Gestalt eines gegenüber den beiden Kopfstücken abgedichteten Rohrkörpers erlaubt gleichwohl eine sehr einfache Fertigung, wobei der vorhandene Drehfreiheitsgrad dafür sorgt, dass die relative Verdrehbarkeit zwischen den beiden Kopfstücken nicht beeinträchtigt wird. Man hat überdies die vorteilhafte Möglichkeit, den von der ringförmigen Fluidkammer umgrenzten Bereich des Drehantriebes für andere Zwecke als die Fluidbeaufschlagung des Betätigungsschlauches zu verwenden, beispielsweise um einen den Drehantrieb koaxial durchsetzenden Hohlraum bereitzustellen, der entweder der Gewichtsersparnis dient und/oder als Durchführungskanal einsetzbar ist, um – je nach Anwendungsfall – beispielsweise E lektrokabel, Fluidleitungen, eine Achse beziehungsweise Welle oder einen Stab hindurchzuführen.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.
Zweckmäßigerweise handelt es sich bei dem Rohrkörper um ein bezüglich der beiden Kopfstücke gesondertes Bauteil, das durch eine einfache abgedichtete Steckverbindung mit dem jeweiligen Kopfstück verbunden ist.
Eine besonders vorteilhafte Bauform sieht vor, dass der Rohrkörper endseitig jeweils unter Abdichtung auf einen Lagerfortsatz des zugeordneten Kopfstückes aufgesteckt ist.
Durch die Steckverbindung kann bei Bedarf eine Zentrierung zwischen den beiden Kopfstücken bewirkt werden.
Besonders einfach lässt sich die erforderliche Abdichtung zwischen den Kopfstücken und dem Rohrkörper bewerkstelligen, wenn jeder Lagerfortsatz am Außenumfang einen konzentrisch angeordneten Dichtungsring trägt, der mit der Innenfläche des aufgesteckten Rohrkörpers in Dichtkontakt steht.
Um eine klar definierte Axialposition des Rohrkörpers bezüglich der beiden Kopfstücke zu erhalten, verfügen die beiden Kopfstücke zweckmäßigerweise jeweils über mindestens einen vor die Stirnfläche des Rohrkörpers ragenden, radial vorstehenden Anschlagkörper.
Der Rohrkörper kann relativ dünnwandig ausgebildet sein. Um unterschiedliche Baulängen des Drehantriebes zu realisieren, kann man auf gleiche Kopfstücke zurückgreifen, die man mit unterschiedlich langen Rohrkörpern kombiniert. Der Rohrkörper überbrückt dabei jeweils den zwischen den beiden Kopfstücken vorhandenen axialen Abstand.
Die für die axiale Abstützung und Drehlagerung der beiden Kopfstücke verantwortlichen Lagerungsmittel befinden sich zweckmäßigerweise außerhalb des Betätigungsschlauches. Sie sind insbesondere im Bereich eines der beiden Kopfstücke angeordnet.
Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform ist der Betätigungsschlauch mit radialem Abstand von einem koaxial angeordneten Hüllrohr umschlossen, das einenends an einem der beiden Kopfstücke fixiert ist und andernends unter Zwischenschaltung der Lagerungsmittel am anderen Kopfstück abgestützt ist. Durch das Hüllrohr wird der Betätigungsschlauch auch bei einem Einsatz in unwirtlicher Umgebung vor Beschädigung geschützt. Es besteht ferner die Möglichkeit, das Hüllrohr zur Begrenzung der radialen Aufweitung des Betätigungsschlauches und mithin zur Drehwinkelbegrenzung einzusetzen und/oder als Kammer, die mit Fluid beaufschlagbar ist, um die Rückstellbewegung des Betätigungsschlauches zu unterstützen.
Zur Vorgabe des jeweils gewünschten Drehwinkels können auch besondere Drehwinkelvorgabemittel vorhanden sein, die einen bezüglich des einen Kopfstückes drehfesten und dabei das andere Kopfstück koaxial umschließenden Tragring aufweisen, wobei der Tragring mindestens ein Anschlagelement trägt, das in die Bewegungsbahn mindestens eines Gegenanschlagelementes ragt, das an dem vom Tragring umschlossenen Kopfstück angeordnet ist. Ein und dasselbe Gegenanschlagelement kann mit zwei Anschlagelementen kooperieren, um für beide Drehrichtungen die Endposition vorzugeben. Ist mindestens ein Anschlagelement drehwinkelmäßig einstellbar am Tragring angeordnet, lässt sich der abgreifbare Drehwinkel nach Bedarf insbesondere stufenlos vorgeben.
Der Betätigungsschlauch kann mit zwei endseitig angeordneten Kupplungselementen, an denen er unter Abdichtung befestigt ist, sowie einem dazwischen angeordneten Rohrkörper zu einer als Betätigungseinheit bezeichenbaren Baueinheit zusammengefasst sein. Die beiden Kupplungselemente sind dann jeweils Bestandteil eines mehrteiligen Kopfstückes. Beim Zusammenbau eines Drehantriebes kann somit die vormontierte Betätigungseinheit installiert werden, was äußerst montagefreundlich ist.
Der Betätigungsschlauch enthält zweckmäßigerweise einen aus Material mit gummielastischen Eigenschaften bestehenden Schlauchkörper, der für die notwendige Elastizität und Abdichtung verantwortlich ist. Für die gewünschte Entfaltung eines Drehmomentes ist eine dem Schlauchkörper zugeordnete Strangstruktur verantwortlich, die beispielsweise um den Schlauchkörper herumgelegt sein kann, vorzugsweise jedoch in die Wandung des Schlauchkörpers integriert ist. Bei der Strangstruktur handelt es sich insbesondere um eine Vielzahl von hoch zugfesten, zugleich aber biegeflexiblen Zugsträngen, die sich koaxial zum Schlauchkörper mit untereinander gleicher Längsorientierung schraubenwendelförmig zwischen den beiden Schlauchkörperenden erstrecken. Die Anordnung der Zugstränge kann in radialer Richtung einlagig oder mehrlagig ausgeführt sein.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigen:
1 eine bevorzugte erste Bauform des erfindungsgemäßen Drehantriebes in einer Seitenansicht und teilweise aufgebrochen,
2 den Drehantrieb aus 1 in einer Vorderansicht mit Blickrichtung gemäß Pfeil II,
3 einen Längsschnitt durch den Drehantrieb gemäß Schnittlinie III-III aus 2, wobei strichpunktiert der Betätigungsschlauch im aktivierten, aufgeblähten Zustand angedeutet ist, und
4 den Drehantrieb im Längsschnitt gemäß Schnittlinie IV-IV aus 2.
Der aus der Zeichnung ersichtliche fluidbetätigte Drehantrieb 1 wird durch Fluidkraft betätigt, die ein nach Bedarf zu- und abgeführtes fluidisches Druckmedium liefert. Prinzipiell ist jedes gasförmige oder hydraulische Medium geeignet, wobei jedoch Druckluft bevorzugt wird.
Wie insbesondere aus 3 und 4 hervorgeht, verfügt der Drehantrieb 1 über zwei in Richtung einer Hauptachse 2 mit Abstand zueinander angeordnete Kopfstücke 3, 4, die im Folgenden zur Vereinfachung der Erläuterungen als vorderes (3) und hinteres (4) Kopfstück bezeichnet werden, ohne damit eine Einschränkung hinsichtlich der tatsächlichen Orientierung verbinden zu wollen.
Zwischen den beiden Kopfstücken 3, 4 erstreckt sich koaxial zur Hauptachse 2 eine als Betätigungsschlauch 5 bezeichnete schlauchförmige Komponente. Sie setzt sich zusammen aus einem aus Material mit gummielastischen Eigenschaften bestehenden Schlauchkörper 6, in dessen Wandung eine strichpunktiert angedeutete Strangstruktur 7 eingebettet ist. Letztere erstreckt sich axial zwischen den beiden Endabschnitten 8, 9 des Schlauchkörpers 6 mit bezüglich des Schlauchkörpers 6 koaxialer Verteilung. Ihr Aufbau ist so gewählt, dass sie zum einen eine hohe Zugfestigkeit und zum anderen eine hohe Biegeflexibilität aufweist. Konkret setzt sie sich beim Ausführungsbeispiel aus einer Vielzahl von biegeflexiblen, gleichzeitig aber hoch zugfesten Zugsträngen 7a zusammen, die jeweils aus einer einzelnen Faser oder auch aus mehreren Fasern bestehen können.
Bevorzugt haben sämtliche Zugstränge 7a untereinander den gleichen Längsverlauf, wobei sie sich schraubenwendelförmig zwischen den beiden Schlauchkörperenden 8, 9 erstrecken. In der durch den Ausbruch in 1 zugänglich gemachten Seitenansicht ergibt sich somit zwischen der Längsrichtung der einzelnen Zugstränge 7a und der mit der Hauptachse 2 zusam menfallenden Längsachse des Schlauchkörpers 6 ein schräger Verlauf. Die Windungsrichtung sämtlicher Zugstränge 7a ist übereinstimmend, es liegt keine sich überkreuzende Struktur vor. Allerdings besteht die Möglichkeit, die Zugstränge 7a in mehreren zueinander koaxialen Schichten zusammenzufassen.
Durch die Integration in den Schlauchkörper 6 sind zweckmäßigerweise sämtliche Zugstränge 7a vom Material des Schlauchkörpers 6 umschlossen. Es wäre allerdings auch eine Ausführungsform denkbar, bei der die Strangstruktur 7 nicht oder nur teilweise in den Schlauchkörper 6 integriert ist und sich entsprechend vollständig oder teilweise außen um den Schlauchkörper 6 herum erstreckt, quasi als Hüllstruktur.
Der Betätigungsschlauch 5 ist mit seinen beiden axialen Endabschnitten 8, 9 am jeweils zugeordneten Kopfstück 3, 4 unter Abdichtung befestigt. Beim Ausführungsbeispiel sind Klemmeinrichtungen 11 zur Befestigung vorgesehen. Jedenfalls erfolgt die Befestigung derart, dass zwischen dem Betätigungsschlauch 5 und einem jeweiligen Kopfstück 3, 4 eine sowohl fluiddichte als auch, insbesondere bezüglich der Strangstruktur 7, zugkraftübertragende Verbindung vorliegt.
Die Kopfstücke 3, 4 können jeweils mehrteilig ausgeführt sein. Die Klemmbefestigung des Betätigungsschlauches 5 er folgt an einer im Folgenden als vorderes beziehungsweise hinteres Kupplungselement 3a, 4a bezeichneten Komponente des betreffenden Kopfstückes 3, 4, wobei das hintere Kupplungselement 4a unter Zwischenschaltung einer Dichtung 10, insbesondere einer Papierdichtung, an einem zum hinteren Kopfstück 4 gehörenden Befestigungsflansch 4b fixiert ist, während das vordere Kupplungselement 3a axial und drehfest mit einem zum vorderen Kopfstück 3 gehörenden Abtriebsflansch 3b verbunden ist.
Das hintere Kupplungselement 4a ist beim Ausführungsbeispiel in eine Zentrierausnehmung an der dem Betätigungsschlauch 5 zugewandten axialen Innenfläche 12 des Befestigungsflansches 4b eingesetzt und durch mehrere, den Befestigungsflansch 4b durchsetzende Befestigungsschrauben 13 am Befestigungsflansch 4b gehalten. Der Abtriebsflansch 3b ist von der dem Betätigungsschlauch 5 entgegengesetzten Vorderseite her koaxial auf das vordere Kupplungselement 3a aufgesteckt, das er hierbei über einen Längenabschnitt außen umschließt und mit dem er durch eine Spanneinrichtung 14 kraftschlüssig verbunden ist. Zu der Spanneinrichtung 14 gehört ein dem Abtriebsflansch 3b auf der Seite des Betätigungsschlauches 5 koaxial vorgelagerter Spannring 15, der mittels mehrerer, den Abtriebsflansch 3b axial durchsetzender Spannschrauben 16 zum Spannring 15 gezogen wird, wobei zwei dazwischen angeordnete, im Quer schnitt jeweils keilförmige Klemmringe 17 zwischen dem Abtriebsflansch 3b und dem vorderen Kupplungselement 3a kraftschlüssig verspannt werden. Somit kann der Abtriebsflansch 3b bei gelöster Spanneinrichtung 14 sowohl axial (durch Verschieben) als auch in Umfangsrichtung (durch Verdrehen) stufenlos an unterschiedlichen Positionen auf dem vorderen Kupplungselement 3a fixiert werden.
Dem Befestigungsflansch 4b sind in 1 und 4 angedeutete Gewindebohrungen 18 oder sonstige Befestigungsmittel zugeordnet, über die er und mithin das hintere Kopfstück 4 an einer am Einsatzort vorhandenen Halterung 19 befestigt werden kann, wie dies in 1 schematisch angedeutet ist. Die Halterung 19 ist beispielsweise eine mit einem Ventilgehäuse fest verbundene Aufhängung. Die Gewindebohrungen 18 befinden sich insbesondere in später noch beschriebenen Befestigungsschrauben 37, könnten aber auch direkt am Befestigungsflansch 4b vorhanden sein.
Der Abtriebsflansch 3b ist beim Ausführungsbeispiel dazu ausersehen, den Abgriff einer vom Drehantrieb 1 erzeugten Drehbewegung zu ermöglichen. Er ist, insbesondere stirnseitig, mit Befestigungsmitteln 22 ausgestattet, die die Befestigung eines beliebigen zu verdrehenden Gegenstandes 23 ermöglichen, beispielsweise den Schaft eines durch Drehen zu betätigenden Ventilgliedes. Die Befestigungsmittel 22 können beispielsweise von Gewindebohrungen gebildet sein.
Der Betätigungsschlauch 5 bildet die Außenwand einer von ihm umgrenzten Fluidkammer 24, die mit mindestens einem eine gesteuerte Zufuhr und Abfuhr von Druckmedium ermöglichenden Fluidkanal 25 kommuniziert. Der Fluidkanal 25 durchsetzt beim Ausführungsbeispiel das hintere Kopfstück 4 und mündet an einer bevorzugt seitwärts orientierten Außenfläche des Befestigungsflansches 4b mit einer Anschlussöffnung 26 aus. An Letztere kann über eine nicht näher dargestellte Fluidleitung und unter Zwischenschaltung einer Steuerventileinrichtung eine Druckquelle angeschlossen werden.
Die Fluidkammer 24 ist eine Ringkammer mit im Wesentlichen hohlzylindrischer Gestalt und wird mit radialem Abstand zum Betätigungsschlauch 5 innerhalb diesem durch eine starre Innenwand 27 begrenzt. Gebildet ist diese Innenwand 27 von zwei axial aufeinander zu ragenden Lagerfortsätzen 3c, 4c der beiden Kopfstücke 3, 4 – beim Ausführungsbeispiel Bestandteile der beiden Kupplungselemente 3a, 4a – und einem mit seinen beiden Endabschnitten 29 außen koaxial auf die Lagerfortsätze 3c, 4c aufgesteckten Rohrkörper 28.
Die Steckverbindung zwischen dem Rohrkörper 28 und dem jeweiligen Lagerfortsatz 3c, 4c ist fluiddicht ausgeführt, und zwar insbesondere durch je einen Dichtungsring 32, der in einer am Außenumfang des Lagerfortsatzes 3c, 4c ausgebildeten Umfangsnut gehalten ist und mit der Innenfläche des jeweils aufgesteckten Endabschnittes 29 in Dichtkontakt steht.
Stirnseitig wird die Fluidkammer 24 von den beiden Kupplungselementen 3a, 4a begrenzt.
Die Steckverbindungen zwischen dem Rohrkörper 28 und einem jeweiligen Lagerfortsatz 3c, 4c sind so ausgeführt, dass die beiden Kopfstücke 3, 4 relativ zueinander um die Hauptachse 2 verdrehbar sind. Insbesondere ist zwischen dem Rohrkörper 28 und jedem Lagerfortsatz 3c beziehungsweise 4c ein solcher Drehfreiheitsgrad gegeben.
Außerdem sitzt der Rohrkörper 28 zweckmäßigerweise axial verschiebbar auf einem oder beiden der Lagerfortsätze 3c, 4c. Dadurch besteht die Möglichkeit, den Betätigungsschlauch 5 durch Auseinanderziehen der Lagerfortsätze 3c, 4c nach Bedarf axial vorzuspannen.
Über bevorzugt außerhalb des Betätigungsschlauches 5 angeordnete Lagerungsmittel 33 sind die beiden Kopfstücke 3, 4 axial, das heißt in Richtung der Hauptachse 2, gegenseitig abge stützt. Die Lagerungsmittel 33 sind insbesondere so ausgeführt, dass die beiden Kopfstücke 3, 4 weder axial aufeinander zu noch axial voneinander weg verlagerbar sind. Ihre axiale Relativlage ist also durch die Lagerungsmittel 33 fest vorgegeben.
Andererseits gewährleisten die Lagerungsmittel 33 einen Drehfreiheitsgrad und ermöglichen ein Verdrehen der beiden Kopfstücke 3, 4 relativ zueinander mit der Hauptachse 2 als Drehachse.
Zweckmäßigerweise enthalten die Lagerungsmittel 33 einen das vordere Kopfstück 3, insbesondere auf Höhe des Abtriebsflansches 3b, koaxial umschließenden Ringkörper, der aufgrund einer noch zu erläuternden Zusatzfunktion im Folgenden als Tragring 34 bezeichnet sei. Er sitzt am freien Ende eines den Betätigungsschlauch 5 mit radialem Abstand koaxial umschließenden Hüllrohres 35, das andernends am hinteren Kopfstück 4, insbesondere an dessen Befestigungsflansch 4b, befestigt ist.
Zur Befestigung sowohl am Tragring 34 als auch am Befestigungsflansch 4b ist das Hüllrohr 35 mit mehreren, entlang seines Umfanges verteilten axialen Befestigungslöchern 36 versehen, in die jeweils von der zugeordneten Stirnseite her eine im Tragring 34 beziehungsweise im Befestigungsflansch 4b verankerte Befestigungsschraube 37 eingeschraubt ist.
Beim Ausführungsbeispiel hat das Hüllrohr 35 entsprechend dem Tragring 34 und dem Befestigungsflansch 4b eine rechteckige und bevorzugt quadratische Außenkontur, wobei sich die Befestigungslöcher 36 in den Eckenbereichen befinden. Der Innenquerschnitt des Hüllrohres 35 ist bevorzugt kreisförmig konturiert.
Wird der Befestigungsflansch 4b nicht zu Befestigungszwecken verwendet, kann er auch einfach nur als Flanschkörper bezeichnet werden.
Durch die geschilderten Verbindungsmaßnahmen ist der Tragring 34 unter Zwischenschaltung des Hüllrohres 35 drehfest am hinteren Kopfstück 4 gehalten. Die erwähnten Lagerungsmittel 33 sind radial zwischen dem Tragring 34 und dem vorderen Kopfstück 3, insbesondere dem Abtriebsflansch 3b, platziert. Bevorzugt sind diese Lagerungsmittel 33 von einer Schrägwälzlageranordnung 38 gebildet, die sowohl axiale als auch radiale Kräfte aufnehmen kann. Zweckmäßigerweise enthält diese Schrägkugellageranordnung 38 zwei axial beabstandete Schrägkugellager, deren Außenring am Tragring 34 und deren Innenring am Abtriebsflansch 3b gehalten ist.
Bei der Betätigung des Drehantriebes 1 wird ausgehend vom drucklosen Zustand unter Überdruck stehendes Druckmedium durch den Fluidkanal 25 hindurch in die Fluidkammer 24 eingespeist. Der ursprünglich eine hohlzylinderähnliche Konfiguration aufweisende Betätigungsschlauch 5 wird dadurch radial aufgeweitet, wie dies in 3 bei 42 in gestrichelten Linien angedeutet ist. Diese Aufweitung hat gleichzeitig eine radiale Beaufschlagung der integrierten Strangstruktur 7 zur Folge, was aufgrund der besonderen, wendelförmigen Strukturierung ein Drehmoment zwischen den beiden am Betätigungsschlauch 5 befestigten Kopfstücken 3, 4 hervorruft, mit der Folge einer relativen Drehbewegung zwischen den beiden Kopfstücken 3, 4 um die Hauptachse 2.
Ist das hintere Kopfstück 4, wie vorliegend angedeutet, an einer Halterung 19 drehfest fixiert, führt allein das andere, vorliegend das vordere Kopfstück 3, die Drehbewegung aus und verdreht den daran fixierten Gegenstand 23.
Die beim Aufblähen des Betätigungsschlauches 5 zwischen den beiden Kopfstücken 3, 4 wirkenden Axialkräfte werden durch die entsprechend gestalteten Lagerungsmittel 33 aufgenommen. Ungeachtet des momentanen Betriebszustandes des Drehantriebes 1, also unabhängig vom Grad der Druckbeaufschlagung der Flu idkammer 24, behalten somit die beiden Kopfstücke 3, 4 ihre axiale Relativposition bei.
Wird der Drehantrieb 1 deaktiviert, indem Druckmedium aus der Fluidkammer 24 abgeführt wird, stellen sich die beiden Kopfstücke 3, 4 bedingt durch die gummielastische Rückstellkraft des Schlauchkörpers 6 bei fehlendem Lastmoment wieder in die anfängliche relative Drehposition zurück. Es versteht sich jedoch, dass auch zusätzliche separate Rückstellmittel vorgesehen werden können, beispielsweise Federmittel.
Indem sich die Lagerungsmittel 33 außerhalb des vom Betätigungsschlauch 5 umgrenzten Raumes befinden, kann dieser Raum für andere Zwecke genutzt werden. Diese Zwecke bestehen beim Ausführungsbeispiel in der Realisierung eines den Drehantrieb 1 axial durchgängig durchsetzenden kanalartigen Hohlraumes 43. Dieser Hohlraum 43 ist umfangsseitig geschlossen und öffnet sich lediglich zu den voneinander wegweisenden axialen Stirnflächen der beiden Kopfstücke 3, 4.
Je ein Längenabschnitt 43a, 43b des Hohlraumes 43 verläuft in je einem der beiden Kopfstücke 3, 4, indem er dieses koaxial durchsetzt. Ein axial zwischen den beiden Kopfstücken 3, 4 liegender mittlerer Längenabschnitt 43c des Hohlraumes 43 ist umfangsseitig von dem Rohrkörper 28 begrenzt, der mithin gleichzeitig einen Bestandteil der Wandung des durchgehenden Hohlraumes 43 darstellt.
Der Hohlraum 43 kann gemäß 3 als Durchführungskanal 44 ausgeführt sein, durch den beispielsweise Elektrokabel und/oder Fluidleitungen – bei 45 exemplarisch angedeutet – hindurchgeführt werden können, die beispielsweise dazu dienen, eine vom Abtriebsflansch 3b getragene Komponente mit für den Betrieb erforderlichem Druckmedium oder elektrischer Energie zu versorgen. Ebenso besteht die Möglichkeit, den Durchführungskanal 44 zur schaltstellungsanzeige im Zusammenhang mit der Betätigung eines Ventils einzusetzen. Hierbei kann ein mit dem zu betätigenden Ventilglied verbundener Anzeigestab durch den Hohlraum 43 hindurchragen, anhand dessen momentaner Drehposition Rückschlüsse auf die aktuelle Ventilstellung möglich sind.
Ungeachtet der Realisierung des Hohlraumes 43 hat die Ausgestaltung der Fluidkammer 24 als Ringkammer den großen Vorteil, dass das für die Betätigung des Drehantriebes 1 zu füllende und zu leerende Fluidvolumen relativ klein ist, sodass sich ein sehr geringer Fluidverbrauch einstellt.
Aufgrund des einfachen Konstruktionsprinzips kann der Drehantrieb 1 relativ leicht in unterschiedlichen Baulängen bereit gestellt werden. Allein durch den Einsatz unterschiedlich langer Hüllrohre 35, Betätigungsschläuche 5 und Rohrkörper 28 ist eine problemlose Variation der Baulänge möglich. Entsprechend der gewählten Länge des Rohrkörpers 28 verändert sich lediglich der dem mittleren Längenabschnitt 43c zugeordnete axiale Abstand zwischen den beiden Kopfstücken 3, 4.
Um eine undefinierte Axiallage des Rohrkörpers 28 bezüglich der beiden Kopfstücke 3, 4 zu vermeiden, sind beim Ausführungsbeispiel beide Kopfstücke 3, 4 im Bereich ihrer Kupplungselemente 3a, 4a mit jeweils einem radial vorstehenden und bevorzugt ringförmigen Anschlag 46a, 46b versehen, der vor die jeweils zugewandte Stirnfläche des Rohrkörpers 28 ragt. Er begrenzt jeweils den Aufsteckweg des Rohrkörpers 28. Um eine besonders leichtgängige Drehbewegung zu garantieren, werden im Betrieb des Drehantriebes zweckmäßigerweise keine axialen Kräfte von den Kopfstücken 3, 4 in den Rohrkörper 28 eingeleitet, sondern allein von den Lagerungsmitteln 33 aufgenommen. Auf diese Weise kann auch der Verschleiß an den Kontaktflächen zwischen dem Rohrkörper 28 und den beiden Kopfstücken 3, 4 auf ein Minimum reduziert werden.
Bei einer nicht näher dargestellten Ausführungsform ist der Rohrkörper 28 abweichend von der dargestellten Lösung nicht außen auf die Lagerfortsätze 3c, 4c aufgesteckt, sondern in nen in diese Lagerfortsätze 3c, 4c eingesteckt. Die außen aufgesteckte Bauweise wird jedoch in der Regel vorgezogen, weil dadurch ein größerer Querschnitt für den durchgehenden Hohlraum 43 zur Verfügung gestellt werden kann.
Aufgrund der mehrteiligen Ausführung der Kopfstücke 3, 4 besteht im Übrigen auch die Möglichkeit, den Betätigungsschlauch 5 zusammen mit einem Rohrkörper 28 und den beiden zugehörigen Kupplungselementen 3a, 4a zu einer als Betätigungseinheit 47 bezeichenbaren Baugruppe zusammenzufassen, die beim Zusammenbau des Drehantriebes 1 als Baueinheit installiert wird. Man hat somit die Möglichkeit, Betätigungseinheiten unterschiedlicher Baulänge auf Lager zu halten und auf Kundenwunsch, in Verbindung mit einem Hüllrohr 35 entsprechend angepasster Baulänge, zusammen mit den verbleibenden Standardelementen zu einem wunschgemäßen Drehantrieb 1 zusammenzubauen. Somit können Drehantriebe unterschiedlicher Baulänge und dementsprechend auch unterschiedlicher Betätigungskräfte unter Rückgriff auf eine große Anzahl von Gleichteilen kostengünstig hergestellt werden.
Der Drehantrieb 1 ist zweckmäßigerweise auch noch mit Drehwinkelvorgabemitteln 52 ausgestattet, die eine Vorgabe des bei der Aktivierung des Drehantriebes 1 zwischen den beiden Kopfstücken 3, 4 hervorgerufenen Drehwinkels ermöglichen.
Der in diesem Zusammenhang eine Tragfunktion ausübende und deshalb als Tragring 34 bezeichnete Ringkörper trägt mindestens ein, bevorzugt zwei Anschlagelemente 53a, 53b, die nach innen in Richtung zu dem Abtriebsflansch 3b ragen. Gehalten sind sie jeweils an Einstellschrauben 54, die einen sich ein Stück weit um die Hauptachse 2 herum erstreckenden Längsschlitz 51 des Tragringes 34 durchsetzen und von außen her betätigbar sind. Im gelösten Zustand kann eine aus einer Einstellschraube 54 und einem Anschlagelement 53a beziehungsweise 53b bestehende Einheit gemäß Doppelpfeil 55 in mit der Drehrichtung 56 des Abtriebsflansches 3b zusammenfallender Einstellrichtung 55 relativ zum Tragring 34 und mithin relativ zum hinteren Kopfstück 4 justiert werden. Durch Festziehen der Einstellschraube 54 wird die getroffene Einstellung gesichert, wobei das Anschlagelement 53a, 53b mit der Innenfläche des Tragringes 34 verspannt wird.
Am vorderen Kopfstück 3, insbesondere an dessen Abtriebsflansch 3b, befindet sich mindestens ein nach radial außen in Richtung zum Tragring 34 ragendes Gegenanschlagelement 57, das die Drehbewegung 56 des vorderen Kopfstückes 3 mitmacht. Da die Anschlagelemente 53a, 53b so angeordnet sind, dass sie in die Bewegungsbahn des Gegenanschlagelementes 57 ragen, kann Letzteres je nach Drehrichtung bei Erreichen der ge wünschten Drehendlage auf das eine oder andere Anschlagelement 53a, 53b auflaufen.
Eine alternative oder zusätzliche Maßnahme zur Drehwinkelvorgabe ist durch das Hüllrohr 35 realisierbar. Es begrenzt die radiale Aufweitung des Betätigungsschlauches 5 und somit den vom Grad der maximalen Aufweitung abhängenden maximal erzielbaren Drehwinkel.
Um durch Regulierung der Aufweitung des Betätigungsschlauches 5 den maximal möglichen Drehwinkel zu beeinflussen, können auch strichpunktiert angedeutete Reduzierhülsen 58 mit unterschiedlicher Wandstärke wahlweise koaxial in das Hüllrohr 45 eingesetzt werden. Ihr Außendurchmesser entspricht stets dem Innendurchmesser des Hüllrohres 35, jedoch unterscheiden sie sich in ihrem Innendurchmesser und beeinflussen somit den für die radiale Aufweitung des Betätigungsschlauches 5 zur Verfügung stehenden Ringraum.
Wie in 3 angedeutet, kann bei Bedarf mindestens ein Steuerkanal 62 vorgesehen sein, der mit der zwischen dem Hüllrohr 35 und dem Betätigungsschlauch 5 eingeschlossenen Außenkammer 63 kommuniziert. Er verläuft in 3 unter der Zeichenebene hinter dem Fluidkanal 25. Auf diese Weise kann die Außenkammer 63 gesteuert mit Druckmedium beaufschlagt werden, um die Rückdrehbewegung beim Entlasten der Fluidkammer 24 aktiv zu unterstützen. Die Außenkammer 63 ist in diesem Zusammenhang durch zwischen den einzelnen Komponenten platzierte Dichtungen 64 zur Umgebung hin abgedichtet.

Claims

Fluidbetätigter Drehantrieb, mit zwei durch Lagerungsmittel (33) bezüglich einer Hauptachse (2) axial gegenseitig abgestützten und relativ zueinander verdrehbar gelagerten Kopfstücken (3, 4) und mit einem sich unter Einschluss einer mit mindestens einem Fluidkanal (25) verbundenen Fluidkammer (24) axial zwischen den beiden Kopfstücken (3, 4) erstreckenden Betätigungsschlauch (5), der derart strukturiert ist, dass er bei Fluidbeaufschlagung der Fluidkammer (24) eine radiale Aufweitung erfährt und dabei eine relative Drehbewegung zwischen den beiden an ihm fixierten Kopfstücken (3, 4) hervorruft, dadurch gekennzeichnet, dass die Fluidkammer (24) als Ringkammer ausgebildet ist und eine von dem Betätigungsschlauch (5) koaxial umschlossene starre Innenwand (27) aufweist, die zumindest teilweise von einem Rohrkörper (28) gebildet ist, über den die beiden Kopfstücke (3, 4) unter Abdichtung und relativ zueinander verdrehbar miteinander verbunden sind.
Drehantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Rohrkörper (28) ein bezüglich der Kopfstücke (3, 4) sepa rates Bauteil ist, das mit beiden Kopfstücken (3, 4) jeweils im Rahmen einer abgedichteten Steckverbindung verbunden ist.
Drehantrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Rohrkörper (28) mit seinen beiden Endabschnitten (29) jeweils unter Abdichtung auf einen Lagerfortsatz (3c, 4c) des zugeordneten Kopfstückes (3, 4) aufgesteckt ist.
Drehantrieb nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Lagerfortsatz (3c, 4c) am Außenumfang einen mit der Innenfläche des aufgesteckten Endabschnittes (29) des Rohrkörpers (28) in Dichtkontakt stehenden Dichtungsring (32) trägt.
Drehantrieb nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Kopfstücke (3, 4) jeweils mindestens einen über den zugeordneten Lagerfortsatz (3c, 4c) radial vorstehenden Anschlag (46a, 46b) zur Begrenzung des Aufsteckweges des Rohrkörpers (28) aufweisen.
Drehantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Rohrkörper (28) einen zwischen den beiden Kopfstücken (3, 4) vorhandenen axialen Abstand überbrückt.
Drehantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Rohrkörper (28) gleichzeitig einen Be standteil der Wandung eines den Drehantrieb (1) einschließlich der beiden Kopfstücke (3, 4) axial durchsetzenden Hohlraumes (43) bildet.
Drehantrieb nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlraum (43) einen Durchführungskanal (44), insbesondere für Elektrokabel und/oder Fluidleitungen und/oder eine Stange oder sonstige Komponenten, bildet.
Drehantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die für die axiale Abstützung und Drehlagerung verantwortlichen Lagerungsmittel (33) außerhalb des Betätigungsschlauches (5) angeordnet sind.
Drehantrieb nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerungsmittel (33) im Bereich eines der beiden Kopfstücke (3) angeordnet sind.
Drehantrieb nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Betätigungsschlauch (5) mit radialem Abstand von einem koaxial angeordneten Hüllrohr (35) umschlossen ist, das einenends an dem einen der Kopfstücke (4) fixiert ist und andernends unter Zwischenschaltung der Lagerungsmittel (33) am anderen Kopfstück (3) abgestützt ist.
Drehantrieb nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerungsmittel (33) eine Schrägwälzlageranordnung (38) enthalten.
Drehantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 12, gekennzeichnet durch Drehwinkelvorgabemittel (52), die einen ein erstes der Kopfstücke (3) umschließenden, bezüglich des anderen Kopfstückes (4) drehfest angeordneten Tragring (34) aufweisen, der mindestens ein Anschlagelement (53a, 53b) trägt, das in die Bewegungsbahn mindestens eines an dem ersten Kopfstück (3) angeordneten Gegenanschlagelementes (57) ragt.
Drehantrieb nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Anschlagelement (53a, 53b) mit Bezug auf die Drehrichtung der erzeugbaren relativen Drehbewegung drehwinkelmäßig einstellbar an dem Tragring (34) angeordnet ist.
Drehantrieb nach Anspruch 13 oder 14 in Verbindung mit Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Tragring (34) an dem Hüllrohr (35) angeordnet ist.
Drehantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerungsmittel (33) derart ausgebildet sind, dass sie die beiden Kopfstücke (3, 4) in beiden axialen Richtungen gegenseitig abstützen.
Drehantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Kopfstücke (3, 4) jeweils mehrteilig ausgebildet sind und je ein mit dem Betätigungsschlauch (5) und dem Rohrkörper (28) zu einer Betätigungseinheit (47) zusammengefasstes Kupplungselement (3a, 4a) aufweisen.
Drehantrieb nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass eines der Kopfstücke (3) einen insbesondere durch eine Klemmverbindung lösbar am zugeordneten Kupplungselement (3a) fixierten Abtriebsflansch (3b) aufweist.
Drehantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Betätigungsschlauch (5) einen aus Material mit gummielastischen Eigenschaften bestehenden Schlauchkörper (6) aufweist, der zur Aufprägung seiner Funktionalität mit einer Strangstruktur (7) ausgestattet ist, die insbesondere in die Wandung des Schlauchkörpers (6) eingebettet ist.
Drehantrieb nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Strangstruktur (7) aus einer Vielzahl von Zugsträngen (7a) zusammensetzt, die sich koaxial zum Schlauchkörper (6) mit untereinander gleicher Längsorientierung schraubenwendelförmig zwischen den beiden Endabschnitten (8, 9) des Schlauchkörpers (6) erstrecken.