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Die
Erfindung betrifft eine Drehantriebsvorrichtung, mit einer fluidbetätigten
Drehantriebseinheit, die zwei um eine Antriebsdrehachse relativ
zueinander verdrehbare erste und zweite Antriebskörper
aufweist, auf die durch gesteuerte Fluidbeaufschlagung einander
entgegengesetzte Antriebsdrehmomente ausübbar sind, um
sie zu einer rotativen Relativbewegung anzutreiben.
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Eine
aus der
DE 20
2005 019 238 U1 bekannte Drehantriebsvorrichtung dieser
Art enthält eine einfachwirkend arbeitende Drehantriebseinheit mit
zwei relativ zueinander verdrehbaren Antriebskörpern, die
mittels einer schlauchförmigen Torsionsmembran miteinander
verbunden sind. Die Torsionsmembran ist an jedem Antriebskörper
zum einen axial zugfest und zum anderen derart drehfest angebracht,
dass sie auf jeden Antriebskörper ein Antriebsdrehmoment übertragen
kann. Die schlauchförmige Torsionsmembran ist so strukturiert,
dass sie bei Fluidbeaufschlagung ihres Innenraumes eine radiale
Aufweitung erfährt und gleichzeitig um ihre Längsachse
tordiert. Indem sich die beiden Antriebskörper in axialer
Richtung aneinander abstützen, resultiert aus der Fluidbeaufschlagung
der Torsionsmembran ein auf den ersten Antriebskörper in
einer ersten Drehrichtung einwirkendes Antriebsdrehmoment und zugleich
ein auf den zweiten Antriebskörper in einer zu der ersten
Drehrichtung entgegengesetzten zweiten Drehrichtung einwirkendes
Antriebsdrehmoment, was insgesamt eine rotative Relativbewegung
zwischen den beiden Antriebskörpern hervorruft. Wird einer
der Antriebskörper festgehalten, kann somit am anderen
Antriebskörper eine Abtriebsdrehbewegung abgegriffen werden,
die für beliebige Antriebszwecke nutzbar ist, beispielsweise
für die Betätigung eines Prozessventils.
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Bei
diesem Stand der Technik ist allerdings nachteilig, dass wegen der
einfachwirkenden Bauart der Drehantriebseinheit lediglich eine in
nur einer Drehrichtung wirksame Abtriebsdrehbewegung abgreifbar
ist. Das Erzeugen einer Abtriebsdrehbewegung mit entgegengesetzter
Drehrichtung erfordert daher den Einsatz einer zweiten Drehantriebseinheit mit
funktionell spiegelbildlichem Aufbau.
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Eine
vergleichbare Drehantriebsvorrichtung ist auch der
EP 1 059 459 B1 bekannt.
Sie unterscheidet sich von der vorgenannten durch die Integration
der die beiden Antriebskörper axial abstützenden
Mittel in den von der Torsionsmembran umschlossenen Bereich.
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Eine
aus der
DE 101 13
817 B4 bekannte Drehantriebsvorrichtung enthält
einen bei Innendruckbeaufschlagung axial kontrahierenden Kontraktionsschlauch,
der einerseits an einem ortsfesten Grundkörper befestigt
ist und andererseits an einer Mutter angreift, die mit einer bezüglich
dem Grundkörper drehbar gelagerten Abtriebswelle in Gewindeeingriff
steht. Eine durch Fluidbeaufschlagung hervorgerufene Kontraktion
des Kontraktionsschlauches bewirkt aufgrund des Gewindeeingriffes
eine Rotation der Abtriebswelle in einer ersten Drehrichtung. Wird
die Fluidbeaufschlagung aufgehoben, hat der Kontraktionsschlauch
die Tendenz zur Rückkehr in seine Ausgangsstellung, wobei
allerdings das hierbei auf die Abtriebswelle abgegebene Drehmoment mangels
Fluidkraftunterstützung sehr gering ist, so dass eine aktive
Abtriebsdrehbewegung wiederum in nur einer Drehrichtung erzielt
werden kann. Der Aufbau des Kontraktionsschlauches kann beispielsweise
demjenigen entsprechen, wie er in der
EP 0 161 750 B1 erläutert ist.
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Aus
der
DE 203 15 087
U1 ist eine Drehantriebsvorrichtung bekannt, die über
zwei aus je einem Kontraktionsantrieb bestehenden Drehantriebseinheiten
verfügt, die jeweils unter Zwischenschaltung einer Freilaufkupplung
an einer Abtriebswelle angreifen. Indem zwei Drehantriebseinheiten
mittels gegensinnig blockierenden Freilaufkupplungen auf die Abtriebswelle
einwirken, können einander entgegengesetzte Abtriebs drehbewegungen
der Abtriebswelle hervorgerufen werden. Der Umstand, dass hier für jede
Drehrichtung eine eigene Drehantriebseinheit erforderlich ist, erfordert
allerdings einen erheblichen konstruktiven Aufwand und führt
zu großen Abmessungen sowie hohen Herstellungskosten.
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Es
ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine durch Fluidkraft
aktivierbare Drehantriebsvorrichtung zu schaffen, mit der sich bei
kompaktem Aufbau und einfachen Herstellkosten eine zwei einander
entgegengesetzte Drehrichtungen aufweisende Abtriebsdrehbewegung
erzeugen lässt.
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Zur
Lösung dieser Aufgabe ist vorgesehen, dass die Drehantriebsvorrichtung
zusätzlich zu der Drehantriebseinheit einen Grundkörper
und ein diesbezüglich um eine mit der Antriebsdrehachse
gleichgerichtete Hauptachse unter Ausführung einer Abtriebsdrehbewegung
in sowohl einer ersten Drehrichtung als auch in einer entgegengesetzten
zweiten Drehrichtung rotativ bewegbares Abtriebsteil aufweist, und
dass die Drehantriebseinheit durch relativ zu dem Abtriebsteil längs
der Hauptachse erfolgendes Verschieben unter Ausführung
einer Umschaltbewegung in entweder einer ersten Arbeitsposition oder
in einer zweiten Arbeitsposition positionierbar ist, wobei in der
ersten Arbeitsposition der erste Antriebskörper zumindest
in der ersten Drehrichtung des Abtriebsteils unverdrehbar bezüglich
dem Grundkörper blockiert ist und gleichzeitig der zweite An triebskörper
zumindest in der zweiten Drehrichtung des Antriebsteils mit dem
Abtriebsteil in Mitnahmeverbindung steht, und wobei in der zweiten
Arbeitsposition der zweite Antriebskörper zumindest in der
zweiten Drehrichtung des Abtriebsteils unverdrehbar bezüglich
dem Grundkörper blockiert ist und gleichzeitig der erste
Antriebskörper zumindest in der ersten Drehrichtung des
Abtriebsteils mit dem Abtriebsteil in Mitnahmeverbindung steht,
derart, dass durch ein Wechseln der Arbeitsposition der Drehantriebseinheit
die Drehrichtung der bei der rotativen Relativbewegung der beiden
Antriebskörper stattfindenden Abtriebsdrehbewegung des
Abtriebsteil umschaltbar ist.
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Obwohl
die Drehantriebsvorrichtung nur eine fluidbetätigte Drehantriebseinheit
aufweist, kann somit das Abtriebsteil aktiv zu einer Antriebsdrehbewegung
in zwei einander entgegengesetzten Drehrichtungen angetrieben werden.
Die gewünschte Drehrichtung lässt sich einfach
dadurch auswählen, dass die Drehantriebseinheit durch axiales
Verlagern in wahlweise einer von zwei Arbeitspositionen positioniert
wird, die sich dadurch unterscheiden, dass der Richtungssinn des
auf das Abtriebsteil ausgeübten Drehmoments verändert
wird. Zum Umschalten der Drehrichtung des Abtriebsteils ist es also
prinzipiell nicht erforderlich, die Aktivierungsart der Drehantriebseinheit
zu verändern, selbige kann also problemlos von sogenannter
einfachwirkend fluidbetätigter Bauart sein. Je nachdem,
welche Arbeitsposition vorliegt, stützt sich das eine oder
andere Abtriebsteil in wenigstens einer Richtung drehfest am Grundkörper
ab und liegt gleichzeitig in der hierzu entgegengesetzten Drehrichtung
eine Mitnahmeverbindung zwischen dem jeweils anderen Antriebskörper und
dem Abtriebsteil vor, was bei Aktivierung der Drehantriebseinheit
die Abtriebsdrehbewegung zur Folge hat. Die Drehantriebsvorrichtung
lässt sich mit kompakten Abmessungen kostengünstig
realisieren.
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Vorteilhafte
Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen
hervor.
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Vorzugsweise
liegt zwischen dem Abtriebsteil und der Drehantriebseinheit eine
koaxiale Anordnung vor, mit zusammenfallender Antriebsdrehachse und
Hauptachse. Es ist insbesondere eine hochintegrierte Bauweise möglich,
bei der das Abtriebsteil die Drehantriebseinheit axial durchsetzt
und somit die Drehantriebseinheit bei der Umschaltbewegung längs
des Abtriebsteils verlagerbar ist. Die Drehantriebseinheit kann
unmittelbar auf dem Abtriebsteil axial verschieblich gelagert sein.
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Bei
dem Abtriebsteil handelt es sich vorzugsweise um ein wellenförmiges
Bauteil, das an dem Grundkörper drehbar und vor zugsweise
zugleich axial unbeweglich gelagert ist. Die Lagerung erfolgt zweckmäßigerweise
an axial zueinander beabstandeten ersten und zweiten Kopfstücken
des Grundkörpers, zwischen denen die Drehantriebseinheit
axial verstellbar platziert ist. Zur drehfesten Abstützung bezüglich
des Grundkörpers können die beiden Antriebskörper
mit je einem der beiden Kopfstücke abwechselnd in und außer
Blockiereingriff gelangen.
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Es
ist zweckmäßig, den Grundkörper nach Art
eines Gehäuses auszubilden, das die Drehantriebseinheit
umschließt. Auf diese Weise ist ein wirksamer Schutz vor
Verunreinigungen der aneinander abgleitenden Flächen möglich
und kann außerdem die Verletzungsgefahr verringert werden,
weil ein unbeabsichtigter Zugriff in den Bewegungsbereich der Drehantriebseinheit
verhindert wird.
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Vorzugsweise
sind Maßnahmen getroffen, die ein durch Fremdkraft unterstütztes
Hervorrufen der Umschaltbewegung ermöglichen. Hierzu kann die
Drehantriebseinheit beispielsweise mit einer fluidischen und/oder
elektrischen Antriebseinheit antriebsmäßig gekoppelt
sein. Eine besonders vorteilhafte Bauform sieht vor, dass die Drehantriebseinheit unmittelbar
selbst als Kolben fungiert, der in einem Gehäuse zwei Betätigungskammern
unter Abdichtung axial voneinander abteilt, so dass durch gesteuerte
Fluidbeaufschlagung wenigstens einer dieser Betätigungskammern
eine einen Umschaltvorgang auslösende Fluidbeaufschlagung
der gesamten Drehantriebseinheit möglich ist. Vorzugsweise
wird die Umschaltkraft für beide Umschaltrichtungen auf diese
Weise erzeugt. Gleichwohl wäre es prinzipiell denkbar,
die Drehantriebseinheit durch Federmittel in eine der Arbeitspositionen
vorzuspannen, so dass sie selbsttätig in diese Arbeitsposition
zurückkehrt, nachdem eine zum Umschalten in die andere
Arbeitsposition aufgebrachte fluidische Stellkraft wieder weggenommen
wurde.
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Eine
alternativ oder zusätzlich an der Drehantriebseinheit angeordnete
Handhabe kann genutzt werden, um manuell oder mittels gesonderter
Antriebsmittel eine die Umschaltbewegung hervorrufende Stellkraft
in die Drehantriebseinheit einzuleiten.
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Um
die beiden Antriebskörper bei Einnahme der entsprechenden
Arbeitsposition drehfest bezüglich des Grundkörpers
blockieren zu können, verfügt die Drehantriebsvorrichtung
zweckmäßigerweise über dem ersten Antriebskörper
zugeordnete Blockiermittel und außerdem über dem
zweiten Antriebskörper zugeordnete zweite Blockiermittel.
Die ersten Blockiermittel sind in der ersten Arbeitsposition wirksam
und in der zweiten Arbeitsposition unwirksam. Bezüglich
den zweiten Blockiermitteln sind die Verhältnisse gerade
umgekehrt.
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Die
Blockiermittel können prinzipiell so ausgebildet sein,
dass in ihrem wirksamen Zustand ein Verdrehen des zugeordneten Antriebskörpers
bezüglich dem Grundkörper in beiden Drehrichtungen
verhindert ist. Beispielsweise könnten die Blockiermittel hierzu
als Verzahnungsmittel ausgebildet sein. Solche Verzahnungsmittel
erfordern allerdings zum Ein- und Ausrücken in der Regel
eine fest vorgegebene Relativposition der gegeneinander zu blockierenden Teile.
Daher wird es als vorteilhafter angesehen, die ersten und zweiten
Blockiermittel mittels je einer stufenlos greifenden Freilaufkupplung
zu realisieren. Die beiden Freilaufkupplungen haben gegensinnige Blockierrichtungen
und können somit problemlos den gewünschten Anforderungen
Rechnung tragen.
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Die
Blockiermittel und insbesondere die Freilaufmittel können
entweder am zugeordneten Antriebskörper oder am Grundkörper
angeordnet sein. Somit machen die Blockiermittel bzw. die Freilaufmittel
je nach Art der Plazierung die Umschaltbewegung der Drehantriebseinheit
mit oder verharren ortsfest am Grundkörper.
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Zur
Realisierung der die Übertragung des Antriebsdrehmomentes
gewährleistenden Mitnahmeverbindung sind zweckmäßigerweise
separat voneinander ausgebildete erste und zweite Mitnahmemittel
vorhanden, von denen die ersten Mitnahmemittel zur Kooperation zwischen
dem ersten Antriebskörper und dem Abtriebsteil und die
zweiten Mitnahmemittel zur Kooperation zwischen dem zweiten Antriebskörper
und dem Abtriebsteil ausgebildet sind. Die Mitnahmemittel sind dabei
so gestaltet und angeordnet, dass in der ersten Arbeitsposition
die ersten Mitnahmemittel und in der zweiten Arbeitsposition die
zweiten Mitnahmemittel bezüglich dem Abtriebsteil unwirksam
sind. Auf diese Weise wird ein gegenseitiges Blockieren verhindert.
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Auch
die Mitnahmemittel sind zweckmäßigerweise jeweils
auf Basis einer Freilaufkupplung realisiert, wobei die Verwendung
stufenlos greifender Freilaufkupplungen den Vorteil hat, dass ungeachtet der
momentanen Relativposition ein Ein- und Ausrücken möglich
ist. Das Ein- und Ausrücken geschieht selbsttätig
bei der Durchführung der Umschaltbewegung.
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Die
Blockiermittel und die Mitnahmemittel können gesondert
voneinander ausgebildet sein. Eine besonders kostengünstige
und kompakte Bauweise ist jedoch erzielbar, wenn die ersten Mitnahmemittel
zugleich die ersten Blockiermittel und die zweiten Mitnahmemittel
zugleich die zweiten Blockiermittel bilden. Je ein Paar Mitnahmemittel
und Blockiermittel sind somit als Baueinheit realisierbar.
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Prinzipiell
könnte die Drehantriebseinheit nach Art eines sogenannten
Schwenkflügelmotors bzw. Schwenkkolbenmotors gestaltet
sein, wie er beispielsweise in der
DE 195 11 488 C2 beschrieben ist. Als besonders
vorteilhaft wird allerdings eine Drehantriebseinheit angesehen,
bei der die Antriebsdrehmomente mittels einer schlauchförmigen
Torsionsmembran generiert werden, insbesondere nach dem Vorbild
der eingangs schon angesprochenen
DE 20 2005 019 238 U1 oder
EP 1 059 459 B1 .
Indem durch das Wechseln der Arbeitsposition die Wirkungsrichtung
des auf das Abtriebsteil einwirkenden Antriebsdrehmomentes vertauscht
wird, lassen sich die unterschiedlichen Drehrichtungen der Antriebsdrehbewegung
problemlos auch unter Verwendung einer Drehantriebseinheit fluidisch
einfachwirkender Bauart realisieren.
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Die
oben erwähnte Verwendung von Freilaufmitteln hat den Vorteil,
dass das Abtriebsteil in der betreffenden Drehrichtung getaktet über
einen prinzipiell beliebig großen Drehwinkel rotierbar
ist, man also nicht durch den realisierbaren Drehwinkel der Drehantriebseinheit
selbst eingeschränkt ist. So kann man beispielsweise ein
mit der Drehantriebsvorrichtung ausgestattetes Prozeßventil
durch mehrfach getaktetes Aktivieren der Drehantriebseinheit auch dann öffnen
oder schließen, wenn hierzu ein relativ großer
Drehwinkel erforderlich ist.
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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 der erfindungsgemäßen
Drehantriebsvorrichtung in einem Längsschnitt, wobei die
Drehantriebseinheit bei Einnahme der ersten Arbeitsposition gezeigt
ist,
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2 die
Drehantriebsvorrichtung aus 1 bei in
die zweite Arbeitsposition umgeschalteter Drehantriebseinheit,
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3 eine
Vorderansicht der Drehantriebseinheit aus 1 und 2 mit
Blickrichtung gemäß Pfeil III aus 1,
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4 eine
weitere vorteilhafte Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Drehantriebsvorrichtung im Längsschnitt und bei Einnahme
der ersten Arbeitsposition durch die Drehantriebseinheit, und
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5 eine
Vorderansicht der Drehantriebsvorrichtung aus 4 mit
Blickrichtung gemäß Pfeil V.
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Die
in ihrer Gesamtheit mit Bezugsziffer 1 bezeichnete Drehantriebsvorrichtung
ermöglicht es, durch Fluidkraft eine rotative Abtriebsdrehbewegung 2 eines
Abtriebsteils 3 in wahlweise einer ersten Drehrichtung 2a oder
einer hierzu entgegengesetzten zweiten Drehrichtung 2b hervorzurufen.
Diese Abtriebsbewegung 2 kann von dem Abtriebsteil 3 abgegriffen werden,
um ein beliebiges Bauteil zu einer insbesondere rotativen Bewegung
anzutreiben, beispielsweise den Drehschieber eines in der Prozessindustrie
einzusetzenden Ventils. Für diesen Abgriff verfügt
das Abtriebsteil 3 über geeignete Kopplungsmittel 9,
beispielsweise eine Verzahnung oder ein Gewinde.
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Das
Abtriebsteil 3 hat vorzugsweise eine Längserstreckung
mit einer im Folgenden als Hauptachse 4 bezeichneten Längsachse,
um die das Abtriebsteil 3 bei Ausführung der Abtriebsdrehbewegung 2 rotiert.
Bei beiden Ausführungsbeispielen ist das Abtriebsteil 3 als
Abtriebswelle ausgebildet, die am Außenumfang in axialer
Richtung mehrfach abgestuft sein kann.
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Die
Drehantriebsvorrichtung 1 verfügt desweiteren über
einen während des Betriebes der Drehantriebsvorrichtung 1 üblicherweise
ortsfesten Grundkörper 5, an dem das Abtriebsteil 3 um
die Hauptachse 4 drehbar und in seiner Längsrichtung unbeweglich
gelagert ist. Der Grundkörper 5 hat zweckmäßigerweise
eine Längserstreckung, wobei seine Längsachse
vorzugsweise mit der Hauptachse 4 zusammenfällt.
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Der
Grundkörper 5 verfügt über zwei
in Achsrichtung der Hauptachse 4 mit Abstand zueinander angeordnete
erste und zweite Kopfstücke 6, 7 und eine
sich zwischen den beiden Kopfstücken 6, 7 erstreckende
Abstandshalterstruktur 8, die mit beiden Kopfstücken 6, 7 fest
verbunden ist. Bevorzugt besteht die Abstandshalterstruktur 8 aus
einem Rohrkörper 8a, so dass der Grundkörper 5 insgesamt
ein Gehäuse bildet, das einen stirnseitig von den beiden Kopfstücken 6, 7 und
umfangsseitig von dem Rohrkörper 8a begrenzten
Gehäuseinnenraum 12 definiert.
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Der
Grundkörper 5 wird von dem bevorzugt wellenförmigen
Abtriebsteil 3 axial durchsetzt. Das Abtriebsteil 3 erstreckt
sich also in axialer Richtung auch den Gehäuseinnenraum 12 hindurch.
An beiden Kopfstücken 6, 7 ist das Abtriebsteil 3 unter
Mitwirkung von insbesondere als Wälzlagermittel ausgebildeten
Lagerungsmitteln 13 drehbar und axial unbeweglich gelagert.
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In
dem Gehäuseinnenraum 12 befindet sich eine das
Abtriebsteil 3 insbesondere koaxial umschließende
Drehantriebseinheit 14. Diese Drehantriebseinheit 14 verfügt über
zwei zueinander koaxiale und insbesondere mit axialem Abstand zueinander angeordnete
erste und zweite Antriebskörper 15, 16, die
unter Ausführung einer rotativen Relativbewegung relativ
zueinander verdrehbar sind. Die Drehachse für diese rotative
Relativbewegung sei als Antriebsdrehachse 17 bezeichnet
und fällt beim Ausführungsbeispiel mit der Hauptachse 4 zusammen.
Die rotative Relativbewegung ist durch Fluidkraft erzeugbar, so
dass es sich also bei der Drehantriebs einheit 14 um eine
fluidbetätigte Drehantriebseinheit handelt. Als Antriebsfluid
wird insbesondere Druckluft genutzt, jedoch eignet sich dafür
auch jedes andere gasförmige oder flüssige Medium.
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Die
beiden Antriebskörper 15, 16 weisen jeweils
eine axiale Durchbrechung 18 auf, die von dem Abtriebsteil 3 durchsetzt
ist. Das Abtriebsteil 3 durchsetzt außerdem koaxial
eine Stützhülse 22, durch die die beiden
Antriebskörper 15, 16 gegenseitig axial abgestützt
sind, wobei mindestens eine zusätzlich noch eingegliederte,
insbesondere von Wälzlagermitteln gebildete Lagereinheit 23 auch
dann noch eine leichtgängige rotative Relativbewegung der
beiden Antriebskörper 15, 16 gestattet,
wenn diese beiden Antriebskörper 15, 16 mit
einer hohen Kraft zueinander gezogen werden und mit der Stützhülse 22 axial
verspannt sind.
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Die
beiden Antriebskörper 15, 16 könnten sich
auch ohne gesonderte Stützhülse 22 aneinander abstützen.
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Beim
Ausführungsbeispiel bildet die Drehantriebseinheit 14 einen
einfachwirkenden Torsionsantrieb. Sie verfügt zu diesem
Zweck über eine koaxial um die Stützhülse 22 herum
angeordnete schlauchförmige Torsionsmembran 24,
die an jedem Antriebskörper 15, 16 in
einer Weise befestigt ist, dass sie auf ihn sowohl eine Zugkraft
in der Achsrichtung der Hauptachse 4 als auch ein Antriebsdrehmoment
bezüglich der Antriebsdrehachse 17 ausüben
kann. Die hierzu erforderliche Befestigung wird bei den Ausführungsbeispielen
durch je einen Klemmring 25 bewirkt, der den zugeordneten
Endabschnitt der Torsionsmembran 24 radial mit einer Außenfläche
des zugeordneten Antriebskörpers 15, 16 verspannt.
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Die
Torsionsmembran 24 besteht zweckmäßigerweise
aus einem aus Material mit gummielastischen Eigenschaften bestehenden
Schlauchkörper und einer in die Wandung dieses Schlauchkörpers
integrierten Strangstruktur. Die Strangstruktur besteht aus einer
Vielzahl von biegeflexiblen, gleichzeitig aber hoch zugfesten Zugsträngen,
die untereinander zweckmäßigerweise den gleichen
Längsverlauf haben, wobei sie sich schraubenwendelförmig
zwischen den beiden Endbereichen des Schlauchkörpers erstrecken.
Die Windungsrichtung sämtlicher Zugstränge ist
insbesondere derart übereinstimmend, dass sich keine überkreuzende
Strangstruktur einstellt. Ein mehrschichtiger Aufbau ist jedoch
denkbar.
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Durch
den Klemmring 25 wird zum einen eine fluiddichte Verbindung
zwischen dem gummielastischen Schlauchkörper und den beiden
Antriebskörpern 15, 16 geschaffen und
außerdem gleichzeitig eine feste Verbindung zwischen den
Endabschnitten der Zugstränge und dem jeweils zugeordneten
Antriebskörper 15, 16.
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Die
Torsionsmembran 24 umschließt eine Fluidbeaufschlagungskammer 26,
die in axialer Richtung auch noch dadurch abgedichtet ist, dass
zwischen jedem Antriebskörper 15, 16 und
dem Außenumfang des Abtriebsteils 3 ein Dichtungsring 30 angeordnet
ist.
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Durch
einen Fluidbeaufschlagungskanal 27 hindurch kann die Fluidbeaufschlagungskammer 26 gesteuert
mit einem Antriebsfluid beaufschlagt werden, mit der Folge, dass
die Torsionsmembran 24 radial aufgeweitet wird, was in
der Zeichnung strichpunktiert angedeutet ist. Diese Aufweitung ruft
aufgrund der wendelförmigen Strukturierung der Strangstruktur
eine Torsion der Torsionsmembran 24 bezüglich
ihrer Längsachse hervor, so dass auf die beiden Antriebskörper 15, 16 einander
entgegengesetzte Antriebsdrehmomente ausgeübt werden. Der
erste Antriebskörper 15 ist mit einem in einer
ersten Drehrichtung 28 wirksamen ersten Antriebsdrehmoment 28a beaufschlagt,
der zweite Antriebskörper 16 in einer dazu entgegengesetzten
zweiten Drehrichtung 29 mit einem zweiten Antriebsdrehmoment 29a.
Dies resultiert in der schon erwähnten rotativen Relativbewegung
zwischen den beiden Antriebskörpern 15, 16.
Die vorgenannte erste Drehrichtung 28 ist mit der ersten
Drehrichtung 2a des Abtriebsteils 3 identisch, die
vorgenannte zweite Drehrichtung 29 stimmt mit der zweiten
Drehrichtung 2b des Abtriebsteils 3 überein.
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Wird
die Fluidbeaufschlagungskammer 26 wieder druckentlastet,
kehren die beiden Antriebskörper 15, 16 wieder
in die Ausgangsstellung zurück, wobei das Rückstellmoment
aus den gummielastischen Eigenschaften des Schlauchkörpers
der Torsionsmembran 24 resultiert. Die Torsionsmembran 24 bildet
also gleichzeitig ein Rückstellmittel 32, das
die Antriebskörper 15, 16 nach Wegnahme
der Fluidbeaufschlagung wieder in die Ausgangsstellung zurückdreht.
Grundsätzlich könnten allerdings auch noch zusätzliche,
separate Rückstellmittel vorhanden sein, beispielsweise
eine zwischen den beiden Antriebskörpern 15, 16 wirkende
mechanische Rückstellfeder.
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Aufgrund
der einfachwirkenden Bauart kann durch die Drehantriebseinheit 14 des
Ausführungsbeispiels jeder Antriebskörper 15, 16 in
nur einer Richtung mit einem Antriebsdrehmoment beaufschlagt werden.
Eine aktive Fluidbeaufschlagung in die entgegengesetzte Richtung
ist nicht möglich.
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Der
Fluidbeaufschlagungskanal 27 durchsetzt bei allen Ausführungsbeispielen
das Abtriebsteil 3, wobei er an seiner dem ersten Kopfstück 6 zugeordneten
Stirnseite mit einer Anschlussöffnung 33 ausmünden
kann, über die hinweg die gesteuerte Fluidbeaufschlagung
stattfindet. Zusätzlich oder alternativ kann der Fluidbeaufschlagungskanal 27 auch
einen sich im Grundkörper 5, insbesondere in dem
ersten Kopfstück 6 fortsetzenden Endabschnitt 34 mit
zugeordneter Anschlussöff nung 33' aufweisen. Diese
Variante hat den Vorteil, dass die Anschlussöffnung 33' die
Rotationsbewegung des Abtriebsteils 3 nicht mitmacht (1 und 2).
Ein zu dem Abtriebsteil 3 konzentrischer Ringraum 35 sorgt hierbei
unabhängig von der Drehposition des Abtriebsteils 3 für
eine ständige Fluidverbindung zwischen dem Endabschnitt 34 und
dem im Abtriebsteil 3 verlaufenden Kanalabschnitt des Fluidbeaufschlagungskanals 27.
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Der
Fluidbeaufschlagungskanal 27 mündet auf axialer
Höhe der Torsionsmembran 24 am Außenumfang
des Abtriebsteils 3 zu der Fluidbeaufschlagungskammer 26 aus.
Um eine optimale Fluidverteilung zu gewährleisten, kann
die eventuell vorhandene Stützhülse 22 von
einer oder mehreren Fluiddurchtrittsöffnungen 36 durchsetzt
sein.
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Zweckmäßigerweise
verfügt das Abtriebsteil 3 im Bereich der Fluidbeaufschlagungskammer 26 an
seinem Außenumfang über eine konzentrische Ringnut 37,
die einerseits mit dem Fluidbeaufschlagungskanal 27 und
andererseits mit den Fluiddurchtrittsöffnungen 36 kommuniziert,
und zwar unabhängig von der aktuellen Drehposition des
Abtriebsteils 3.
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Die
Drehantriebseinheit 14 ist als Ganzes relativ zu dem Abtriebsteil 3 und
zu dem Grundkörper 5 in Achsrichtung der Hauptachse 4 verschiebbar.
Diese im Folgenden als Umschaltbe wegung 38 bezeichnete
Verschiebebewegung ermöglicht es, die Drehantriebseinheit
wahlweise in eine aus 1 und 4 ersichtliche
erste Arbeitsposition oder in eine zweite Arbeitsposition zu verbringen.
Die zweite Arbeitsposition ist in der Zeichnung nur hinsichtlich
des ersten Ausführungsbeispiels in 2 angedeutet.
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Die
Drehantriebseinheit 14 ist in beiden Arbeitspositionen
in der geschilderten Weise betätigbar. Aufgrund einer ausreichenden
axialen Länge der Ringnut 37 stehen die Fluiddurchtrittsöffnungen 36 in beiden
Arbeitspositionen mit dieser Ringnut 37 und folglich auch
mit dem Fluidbeaufschlagungskanal 27 in Fluidverbindung.
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Dem
ersten Antriebskörper 15 sind erste Blockiermittel 42 und
erste Mitnahmemittel 44 zugeordnet. In entsprechender Weise
sind dem zweiten Antriebskörper 16 zweite Blockiermittel 43 und
zweite Mitnahmemittel 45 zugeordnet.
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Wenn
sich die Drehantriebseinheit 14 in der ersten Arbeitsposition
befindet, ist der erste Antriebskörper 15 durch
die ersten Blockiermittel 42 zumindest in der ersten Drehrichtung 2a, 28 unverdrehbar bezüglich
dem Grundkörper 5 blockiert. Gleichzeitig steht
hierbei der zweite Antriebskörper 16 über
die zweiten Mitnahmemittel 45 zumindest in der zweiten Drehrichtung 2b, 29 mit
dem Abtriebsteil 3 in Mitnahmeverbindung.
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In
der zweiten Arbeitsposition haben sich die Verhältnisse
vertauscht. Hier ist dann der zweite Antriebskörper 16 zumindest
in der zweiten Drehrichtung 2b, 29 unverdrehbar
bezüglich dem Grundkörper 5 blockiert,
während gleichzeitig der erste Antriebskörper 15 zumindest
in der ersten Drehrichtung 2a, 28 mit dem Abtriebsteil 3 in
Mitnahmeverbindung steht.
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Mit
dem Ausdruck „Mitnahmeverbindung” ist gemeint,
dass ein Verdrehen des betreffenden Antriebskörpers 15, 16 in
der genannten Drehrichtung 28 oder 29 zur Folge
hat, dass er über die zwischengeschalteten Mitnahmemittel 44, 45 das
Abtriebsteil 3 synchron mit gleicher Drehrichtung 2a bzw. 2b mitnimmt.
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In
der ersten Arbeitsposition hat also das Hervorrufen der rotativen
Relativbewegung der beiden Antriebskörper 15, 16 zur
Folge, dass der erste Antriebskörper 15 sich am
Grundkörper 5 drehfest abstützt und lediglich
der zweite Antriebskörper 16 bezüglich
dem Grundkörper 5 in der zweiten Drehrichtung 29 verdreht
wird, so dass das mit ihm bewegungsgekoppelte Abtriebsteil 3 eine
Abtriebsdrehbewegung 2 in der zweiten Drehrichtung 2b ausführt.
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Inder
zweiten Arbeitsposition ist der zweite Antriebskörper 16 am
Grundkörper 5 unverdrehbar abgestützt,
so dass sich die rotative Relativbewegung in einem Verdrehen des
ersten An triebskörpers 15 in der ersten Drehrichtung 28 äußert,
wobei wiederum das das Abtriebsteil 3 mitgenommen wird,
nun aber in der entgegengesetzten Richtung. Dies führt zu
einer Abtriebsdrehbewegung 2 in der ersten Drehrichtung 2a.
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Ersichtlich
kann somit durch ein Wechseln der Arbeitsposition der Drehantriebseinheit 14 die Drehrichtung
des Abtriebsteils 3 umgeschaltet werden, ohne dass es einer Änderung
der Betriebsart der Drehantriebseinheit 14 bedürfte.
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Zum
Ausführen der Umschaltbewegung 38 ist die Drehantriebseinheit 15 zweckmäßigerweise axial
verschieblich auf dem Abtriebsteil 3 gelagert. Die Dichtungsringe 30 gleiten
hierbei auf der Außenoberfläche des Abtriebsteils 3 entlang.
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In
der ersten Arbeitsposition nehmen die zweiten Blockiermittel 43 bezüglich
dem Grundkörper 14 eine unwirksame Stellung ein.
Gleiches gilt für die ersten Blockiermittel 42 in
der zweiten Arbeitsposition. Das Wechseln der Arbeitsposition der
Drehantriebseinheit 14 hat also zur Folge, dass die Blockiermittel 42 bezüglich
dem Grundkörper 5 abwechselnd eine Blockierstellung
oder eine Freigabestellung einnehmen.
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Gleiches
gilt im Übrigen auch für die Mitnahmemittel 44, 45.
Diese sind so ausgebildet und angeordnet, dass die ersten Mitnahmemittel 44 in
der ersten Arbeitsposition und die zwei ten Mitnahmemittel 45 in
der zweiten Arbeitsposition eine bezüglich dem Abtriebsteil 3 unwirksame
Stellung einnehmen, in der die Mitnahmeverbindung aufgehoben ist.
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Die
jeweilige Arbeitsposition wird zweckmäßigerweise
durch Zusammenwirken des bei der Umschaltbewegung 38 voreilenden
Antriebskörpers 15 bzw. 16 mit dem ihm
zugewandten ersten bzw. zweiten Kopfstück 6, 7 vorgegeben.
Die Drehantriebseinheit 14 ist mit axialem Bewegungsspielraum
zwischen den beiden Kopfstücken 6, 7 angeordnet
und liegt bei Erreichen einer Arbeitsposition mit dem voreilenden
Antriebskörper 15, 16 am gegenüberliegenden
Kopfstück 6, 7 an. Die Kopfstücke 6, 7 fungieren hier
also auch als Anschläge zur Positionsvorgabe.
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Die
ersten und zweiten Blockiermittel 42, 43 sind
insbesondere so angeordnet und ausgebildet, dass sie zwischen dem
zugeordneten Antriebskörper 15, 16 und
dem dem betreffenden Antriebskörper 15, 16 gegenüberliegenden
Kopfstück 6, 7 wirksam sind. Grundsätzlich
kann die blockierende Abstützung der Antriebskörper 15, 16 aber
auch durch Kooperation anderer Bestandteile des Grundkörpers 5 bewerkstelligt
werden.
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Das
Ausführungsbeispiel der 1 und 2 zeigt
eine besonders vorteilhafte Ausstattungsvariante, bei der die ersten
Blockiermittel 42 zugleich die ersten Mitnahmemittel 44 bilden
und außerdem die zweiten Blockiermittel 43 zugleich
die zweiten Mitnahmemittel 45 bilden. Dies reduziert den baulichen
Aufwand. Abweichend hiervon können die Blockiermittel 42, 43 und
Mitnahmemittel 44, 45 aber auch jeweils individuell
ausgebildet sein, was exemplarisch durch das Ausführungsbeispiel
der 4 verdeutlicht wird.
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Allen
Ausführungsbeispielen ist gemeinsam, dass sowohl die Blockiermittel
42,
43 als
auch die Mitnahmemittel
44,
45 eine vorzugsweise
stufenlos greifende Freilaufkupplung
46 als Blockierkomponente
bzw. Mitnahmekomponente aufweisen. Eine solche Freilaufkupplung
46 kann
zwei relativ zueinander bewegbare Teile derart miteinander koppeln, dass
bei einer ersten rotativen Relativbewegung eine freie Drehbeweglichkeit
gegeben ist, bei einer hierzu entgegengesetzten zweiten rotativen
Relativbewegung jedoch die Freilaufkupplung sperrt bzw. blockiert
und die beiden Komponenten drehfest miteinander verbindet. Bauarten
solcher sich für die Erfindung eignender Freilaufkupplungen
sind beispielsweise in der
DE
203 15 087 U1 erläutert und sind im Übrigen
frei käuflich, so dass an dieser Stelle auf eine detaillierte
Erläuterung verzichtet werden kann.
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Die
Freilaufkupplungen 46 der ersten und zweiten Blockiermittel 42, 43 weisen
einander entgegengesetzte Blockierrichtungen auf. Mit anderen Worten
blockiert die Freilaufkupplung 46 der ersten Blockiermittel 42 in
der ers ten Drehrichtung 28 und blockiert die Freilaufkupplung 46 der
zweiten Blockiermittel 43 in der zweiten Drehrichtung 29.
Bei jeweils entgegengesetzter Beaufschlagung ist eine freie Drehbarkeit
gewährleistet.
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Entsprechendes
gilt für die Freilaufkupplungen 46 der ersten
und zweiten Mitnahmemittel 44, 45.
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Bei
dem Ausführungsbeispiel der 1 und 2 sind
die in Baueinheit ausgeführten ersten Blockiermittel 42 und
ersten Mitnahmemittel 44 am ersten Antriebskörper 15 angeordnet,
während sich die ebenfalls in Baueinheit ausgebildeten
zweiten Blockiermittel 43 und zweiten Mitnahmemittel 45 am zweiten
Antriebskörper 16 befinden. Die ringförmige Freilaufkupplung 46 ist
hierbei am Innenumfang des jeweils zugeordneten Antriebskörpers 15, 16 axial unbeweglich
fixiert, so dass sie beim Wechseln der Arbeitsposition der Drehantriebseinheit 14 deren Umschaltbewegung 38 mitmacht.
Hierbei gelangt sie dann abwechselnd in und außer Eingriff
bezüglich des Grundkörpers 5.
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Damit
letzteres problemlos möglich ist, verfügt gemäß 1 und 2 jedes
Kopfstück 6, 7 an seiner dem Gehäuseinnenraum 12 zugewandten Stirnseite über
einen hülsenförmigen, axial in den Gehäuseinnenraum 12 hineinragenden
Blockiervorsprung 47, an den sich axial ein als Mitnahmeabschnitt 48 bezeichneter Längenabschnitt
des wellenförmigen Abtriebsteil 3 anschließt,
dessen Außendurchmesser demjenigen des benachbarten Blockiervorganges 47 entspricht.
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In
der ersten Arbeitsposition sitzt die Freilaufkupplung 46 der
in Baueinheit ausgebildeten ersten Blockiermittel 42 und
ersten Mitnahmemittel 44 auf dem Blockiervorsprung 47 des
ersten Kopfstückes 6, und die Freilaufkupplung 46 der
ebenfalls in Baueinheit ausgebildeten zweiten Blockiermittel 43 und zweiten
Mitnahmemittel 45 sitzt auf dem zum zweiten Kopfstück 7 benachbarten
Mitnahmeabschnitt 48 des Abtriebsteils 3. Der
Kontakt der Freilaufkupplung 46 mit zum einen dem Blockiervorsprung 47 und
zum anderen dem Mitnahmeabschnitt 48 sorgt für
die schon erwähnte Blockierung in der einen Drehrichtung
und Freigabe in der anderen Drehrichtung.
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Beim
Umschalten in die zweite Arbeitsposition gleitet die eine Freilaufkupplung 46 vom
Blockiervorsprung 47 des ersten Kopfstückes 6 auf
den sich anschließenden Mitnahmeabschnitt 48 des
Abtriebsteils 3 hinüber, während gleichzeitig
die am zweiten Antriebskörper 16 angeordnete Freilaufkupplung 46 vom
bisher umgriffenen Mitnahmeabschnitt 48 auf den Blockiervorsprung 47 des
zweiten Kopfstückes 7 geschoben wird.
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Es
sind also sowohl die Blockiermittel 42, 43 als
auch die ersten Mitnahmemittel 44, 45 axial ortsfest
am jeweils zu geordneten Antriebskörper 6, 7 angeordnet,
so dass sie beim Wechseln der Arbeitsposition die Umschaltbewegung 38 der
Drehantriebseinheit 14 mitmachen und abwechselnd in und
außer Eingriff bezüglich des Grundkörpers 5 gelangen.
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Alternativ
wäre es auch denkbar, die Blockiermittel 42, 43 an
den beiden Kopfstücken 6, 7 und die Mitnahmemittel 44, 45 axial
beabstandet an dem Abtriebsteil 3 anzuordnen, so dass sie
die Umschaltbewegung 38 nicht mitmachen und lediglich eine
entsprechend ausgebildete Kooperationsfläche am jeweiligen
Antriebskörper 15, 16 abwechselnd mit
entweder den Blockiermitteln oder mit den Mitnahmemitteln kooperiert.
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Was
die Blockiermittel 42, 43 anbelangt, stimmt die
vorgenannte bauliche Variante mit dem Ausführungsbeispiel
der 4 prinzipiell überein. Allerdings befinden
sich dort die ersten und zweiten Blockiermittel 42, 43 am
Innenumfang einer zum Gehäuseinnenraum 12 hin
offenen Ausnehmung 52 des zugeordneten Kopfstückes 6, 7 und
die beiden Antriebskörper 15, 16 verfügen
jeweils über einen das Abtriebsteil 3 umschließenden
hülsenförmigen Blockiervorsprung 53,
der bei Erreichen der entsprechenden Arbeitsposition in die gegenüberliegende Ausnehmung 52 eintaucht
und mit der daran angeordneten Freilaufkupplung 46 in Eingriff
gelangt. Die Blockiermittel 42, 43 sind hier also
axial ortsfest am Grundkörper 5 angeordnet, so
dass sie beim Wechseln der Arbeitsposition der Drehan triebseinheit 14 axial
ortsfest am Grundkörper 5 verbleiben und abwechselnd
in und außer Eingriff bezüglich des jeweils zugeordneten
Antriebskörpers 15, 16 gelangen.
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Die
Mitnahmemittel 44, 45 sind beim Ausführungsbeispiel
der 4 vergleichbar dem Ausführungsbeispiel
der 1 und 2 am Innenumfang des jeweils
zugeordneten Antriebskörpers 15, 16 angeordnet.
Da sie jedoch nicht auch die Funktion von Blockiermitteln übernehmen,
werden sie bei der Umschaltbewegung 38 abwechselnd zwischen
einer wirksamen Position und einer unwirksamen Position verlagert.
In der wirksamen Position umschließen sie jeweils einen
Mitnahmeabschnitt des Abtriebsteils 3, mit dem sie hierbei
in Kontakt stehen, so dass bei entsprechender Relativbewegung die
die Mitnahmeverbindung hervorrufende Blockierwirkung erzielt wird.
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Axial
zum zugeordneten Kopfstück 6, 7 hin schließt
sich an jeden Mitnahmeabschnitt 54 ein Freigabeabschnitt 55 des
Abtriebsteils 3 an, dessen Außendurchmesser geringer
ist als derjenige des Mitnahmeabschnittes 55. Die momentan
nicht wirksamen Mitnahmemittel 44, 45 kommen auf
axialer Höhe eines dieser Freigabeabschnitte 55 zu
liegen, den sie mit radialem Zwischenraum umschließen,
so dass die Mitnahmeverbindung aufgehoben ist. Somit werden bei
der Umschaltbewegung 38 die Freilaufkupplungen 46 axial
zwischen dem Mitnahmeabschnitt 54 und dem Freigabeabschnitt 55 verschoben,
wobei die eine Frei laufkupplung 46 jeweils mit dem Mitnahmeabschnitt 54 kooperiert
und die im Bereich des Freigabeabschnittes 55 liegende
Freilaufkupplung 56 wirkungslos ist.
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Zum
Hervorrufen der Umschaltbewegung 38 ist beim Ausführungsbeispiel
der 4 an der Drehantriebseinheit 14 eine
von außerhalb des Grundkörpers 5 her
zugängliche Handhabe 56 angeordnet, die manuell
ergriffen werden kann, um eine die Umschaltbewegung 38 erzeugende
Stellkraft einzuleiten. Exemplarisch ragt die Handhabe 56 durch
mindestens eine und vorzugsweise zwei Wandaussparungen 57 des
Rohrkörpers 8a hindurch nach außen.
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Die
Handhabe 56 ist aber auch nutzbar, um ein elektrisch und/oder
fluidisch aktivierbares Stellglied anzubringen, mit dem sich die
erforderliche Stellkraft motorisch von außen her einleiten
lässt.
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Auch
das Ausführungsbeispiel der 1 und 2 kann
mit einer Handhabe 56 der geschilderten Art ausgestattet
sein, was gestrichelt angedeutet ist. Allerdings zeigt dieses Ausführungsbeispiel
auch noch eine besonders vorteilhafte Möglichkeit zur Einleitung
der Umschalt-Stellkraft. Hierzu ist die Drehantriebseinheit 14 insgesamt
nach Art eines fluidbeaufschlagbaren Kolbens ausgebildet, wobei die
beiden Antriebskörper 15, 16 jeweils
ein Kolbenelement 15a, 16a bil den, das unter Vermittlung
einer an seinem Außenumfang angeordneten ringförmigen Dichtungseinheit 58 gleitverschieblich
am Innenumfang des Rohrkörpers 8a anliegt. Auf
diese Weise wird der Gehäuseinnenraum 12 durch
die Drehantriebseinheit 14 axial in zwei axial außen
von jeweils einem der Kopfstücke 6, 7 begrenzte
Betätigungskammern 62, 63 unterteilt,
die jeweils mit einem, eine gesteuerte Fluidbeaufschlagung ermöglichenden
eigenen Steuerkanal 64, 65 kommunizieren. Die
Steuerkanäle 64, 65 durchsetzen den Grundkörper 5 und münden
an dessen Außenfläche mit einer Anschlussöffnung, über
die ein Betätigungsfluid eingespeist oder abgeführt
werden kann.
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Somit
kann die Drehantriebseinheit 14 vergleichbar dem Kolben
eines fluidbetätigten Arbeitszylinders durch Fluidbeaufschlagung
zwischen ihren beiden Arbeitspositionen verlagert werden. Sofern keine
zusätzlichen Positionsicherungsmittel vorhanden sind, ist
es zweckmäßig, die in der einen oder anderen Richtung
wirksame Fluidbeaufschlagung jeweils so lange aufrechtzuerhalten,
bis ein neuerlicher Wechsel der Arbeitsposition gewünscht
ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - EP 1059459 B1 [0004, 0022]
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