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Vorrichtung zur Erzeugung einer Schwenkbewegung Die Erfindung betrifft
eine Vorrichtung zur Erzeugung einer Schwenkbewegung mittels eines in einem Druckmittelzylinder
geradlinig hin- und herbeweglich geführten Kolbens.
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In vielen Bereichen der Industrie, beispielsweise für Sondermaschinen,
Werkzeugmaschinen, Wendeanlagen, Armaturenbau usw., werden sogenannte "Schwenktriebe"
eingesetzt. Diese Schwenktriebe besitzen in der Regel eine Abtriebswelle mit einem
je nach Einsatzzweck auszulegenden Schwenkwinkel, der bei bekannten Schwenktrieben
oftmals begrenzt ist. Bei einem herkömmlichen Schwenktrieb erfolgt die Betätigung,
d.h. die Verschwenkung der Abtriebswelle, über einen doppelt wirkenden, symmetrischen
Zylinder. Dabei ist der mittlere Bereich des Kolbens als Zahnstange ausgebildet
und treibt mit dieser Zahnstange ein am
Ende der Abtriebswelle sitzendes
Abtriebs!itzel an. Dieser bekannte Schwenktrieb ist sehr kostenaufwendig herzustellen
und platzaufwendig, da die Abtriebswelle quer zur Kolbenachse ausgerichtet ist.
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Bei einem weiterhin bekannten Schwenktrieb ist die Abtriebswelle unmittelbar
mit einem in einem Druckzylindergehäuse drehbeweglich gelagerten Kolben verbunden.
Da das Druckmedium den Kolben quer zu seiner Drehachse angreift, ist nur ein begrenzter
Schwenkwinkel gegeben. Wesentliche, weitere Nachteile dieses bekannten Schwenktriebes
sind in dem sehr kostenaufwendigen Aufbau und in der schwierigen und nur mit Spezialdichtungen
zu bewältigenden Abdichtung zu sehen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs
genannten Art in bezug auf Schwenkwinkel, Baugröße und Herstellungskosten zu verbessern.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß im wesentlichen dadurch gelöst,
daß der Doppelkolben mit der Abtriebswelle über ein in einer schraubenlinienförmigen
Nut geführtes Kraftübertragungsglied, z.B. einen Bolzen, verbunden ist. Die schraubenlinienförmige
Nut ist dabei in der Abtriebswelle eingearbeitet und besitzt eine zumindest die
Selbsthemmung aufhebende Steigung.
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Zufolge dieser erfindungsgemäßen Maßnahmen wird vom Kolben ein
Drehmoment
unmittelbar und ohne Zwischenschaltung kostenaufwendiger Getriebe auf die Abtriebswelle
übertragen. Der Schwenkwinkel der Abtriebswelle kann dabei relativ groß ausgelegt
sein.
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Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung besitzt der Druckmittelzylinder
einen axial durchlaufenden, rohrförmigen Einsatz, in dem die Abtriebswelle drehbeweglich
gelagert ist und auf dessen Außenmantel der mit einer Axialbohrung versehene Doppelkolben
verdrehfest geführt ist. Durch diese erfindungsgemäße Ausgestaltung der Vorrichtung
bildet der Druckmittelzylinder gleichzeitig ein Lagergehäuse für die Abtriebswelle,
so daß eine äußerst kompakte Bauweise erreicht worden ist.
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Erfindungsgemäß kann der rohrförmige Einsatz eine Längsnut zum Durchlaß
und zur Führung des Kraftübertragungsgliedes besitzen, wobei durch die Längsnut
noch zusätzlich erreicht wird, daß der Doppelkolben gegen Verdrehung gesichert ist.
Die Längsnut erstreckt sich dabei über den Abtriebswellenbereich, in welchem die
schraubenlinienförmige Nut eingearbeitet ist.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann der Doppelkolben einen
Steg zwischen den Kolbenflächen besitzen, in dem ein das Kraftübertragungsglied
bildender Bolzen senkrecht zur Hubbewegung eingesetzt ist. Durch die Anordnung eines
Steges zwischen den Kolbenflächen wird das Einsetzen des der Kraftübertragung
dienenden
Bolzens'erleichtert, denn die hierfür erforderliche Radialbohrung kann in die Stegwandung
von außen nach innen ohne Schwierigkeiten eingearbeitet werden.
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Nach einem weiteren bevorzugten Merkmal der Erfindung besitzt die
Abtriebswelle beidendig angearbeitete Wellenstümpfe, die aus den Zylinderdeckelnlleraustreten.
An diese Wellenstümpfe kann nun jeweils eine zu verschwenkende Gerätschaft angeschlossen
werden, so daß praktisch ein doppelt wirkender Schwenktrieb geschaffen worden ist.
Selbstverständlich ist es aber auch möglich, an einem der Wellenstümpfe ein mechanisches
Gestänge zur Umsteuerung des Doppelkolbens anzuschließen.
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Eine Alternativ-Ausführung der Erfindung sieht vor, daß der Doppelkolben
eine Kolbenstange besitzt, die zu der in Richtung ihres Arbeitshubes hinter ihr
gleichachsig angeordneten Abtriebswelle koaxial verschiebbar ist. Dabei ist der
das Kraftübertragungsglied bildende Bolzen vorzugsweise an der Kolbenstange befestigt
und die Abtriebswelle als hohler Schaft zur Aufnahme der Kolbenstange ausgebildet,
wobei die schraubenlinienförmige Nut in die Schaftwandung eingearbeitet ist. Durch
die Anordnung von Abtriebswelle und Druckmittelzylinder in Reihe hintereinander
wird ebenfalls eine kompakte Bauweise geschaffen und von der Kolbenstange ein Drehmoment
unmittelbar auf die Abtriebswelle übertragen. Auch kann bei dieser Bauweise der
Schwenkwinkel
der Abtriebswelle relativ groß ausgelegt werden.
Erfindungsgemäß ist der das Kraftübertragungsglied bildende Bolzen drehbeweglich
gelagert und/oder mit einer in der schraubenlinienförmigen Nut geführten Laufrolle
versehen. Hierdurch wird die Bewegungsumkehr zufolge geringerer Reibung weicher.
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Eine verdrehfeste Anordnung des Doppelkolbens wird dadurch erreicht,
daß dieser auf einem zentrisch im Zylinderboden des Druckmittelzylinders eingesetzten,
im Querschnitt unrunden Stehbolzen geführt ist.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung und weitere in den Unteransprüchen
gekennzeichnete, vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung werden nachfolgend anhand
von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung im Längsschnitt,
wobei Abtriebswelle und Druckmittel zylinder in Reihe hintereinander angeordnet
sind, und Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung
mit innerhalb des Druckmittelzylinders gelagerter Abtriebswelle.
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Die neuartige Vorrichtung nach Fig. 1 besteht im wesentlichen aus
einem Druckmittel zylinder 1 mit darin hin- und herbeweglich geführten, doppelseitig
von einem Druckmedium beaufschlagbaren Kolben 2 und aus einer in einem Lagergehäuse
3 drehbeweglich gelagerten Abtriebswelle 4. Druckmittelzylinder 1 und Lagergehäuse
3 sind in Reihe hintereinander angeordnet und mittels Befestigungsschrauben 5 aneinander
festgelegt.
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Die Kolbenstange 6 greift mit ihrem freien Ende koaxial in den rückwärtigen
Bereich der Abtriebswelle 4 ein. Dieser rückwärtige Bereich der Abtriebswelle 4
ist als hohler Schaft 7 ausgebildet und besitzt eine zumindest dem Hubweg des Kolbens
2 entsprechende Länge.
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Kolbenstange 6 und Schaft 7 der Abtriebswelle 4 sindkraftschlüssig
miteinander verbunden. Die kraftschlüssige Verbindung besteht aus einem aus dem
Kolbenstangenmantel senkrecht herausragenden, als Kraftübertragungsglied dienenden
Bolzen 8, der in die Nut 9 des Schaftes 7 eingreift und in dieser geführt ist.
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Die Nut 9 erstreckt sich über die Länge des Schaftes 7 und ist schraubenlinienförmig
ausgebildet. Der Steigungswinkel der schraubenlinienförmig verlaufenden Nut ist
dabei so ausgelegt, daß die Selbsthemmung überwunden ist. Der pneumatisch oder hydraulisch
betriebene Druckmittel zylinder 1 besitzt einen kreisförmigen Querschnitt, was in
bezug auf die Abdichtung von Vorteil
ist. im Zylindergehäuse sind
zum Anschließen von Druckmediumleitungen Öffnungen 10, 11 eingebracht. Die Öffnungen
10, 11 dienen abwechselnd als Druckmediumein- und -auslaß. Die jeweilige Steuerung
erfolgt zweckmäßigerweise über Mehrwegeventile.
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Der Zylinderboden 12 trägt zentrisch einen Stehbolzen 13 mit einem
unrunden, beispielsweise sechseckigen, Querschnittsprofil.
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Auf diesem Stehbolzen 13 ist der Kolben 2 hin- und herbeweglich, jedoch
verdrehfest geführt.
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Wird nun der Kolben 2 durch die Öffnung 11 mit einem Druckmedium beaufschlagt,
so dringt die Kolbenstange 6 mit ihrem Bolzen 8 geradlinig in den Schaft 7 der Abtriebswelle
4 ein. Da die Abtriebswelle 4 in axialer Richtung durch ihr Lagergehäuse 3 festgelegt
ist, bewirkt die fortschreitende Kolbenbewegung zufolge des in der schraubenlinienförmigen
Nut 9 sitzenden Bolzens 8 eine Verdrehung der Abtriebswelle 4 um ihre Längsachse.
Die Größe des Schwenkwinkels wird dabei vom Hubweg des Kolbens und der Länge sowie
auch vom Steigungswinkel der Nut 9 bestimmt. An den Kolbenhubendpunkten können Dämpfungseinrichtungen
oder dergleichen angeschlossen sein.
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Wie die Zeichnung nach Fig. 1 weiter erkennen läßt, kann die Rolbenstange
6 mit einem verdickten Kopf 14 versehen sein, der im Schaft 7 dr Abtriebswelle 4
gleitend geführt ist. Ein Zylinderdeckel 15, an dem das Gehäuse 3 der Abtriebswelle
4 angeschraubt
ist, besitzt innere Ringnuten 16, 17 und zumindest
eine äußere Ringnut 18, in die jeweils Dichtringe 19, 20, 21 eingelegt sind.
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Die Abtriebswelle 4, die mit einem Wellenstumpf 22 aus dem Gehäuse
3 herausragt, ist mittels Wälzlagern 23, 25 sowohl radial als auch axial gelagert.
Ein Wälzlager 23 sitzt dabei in einer stufenförmigen Aufnahmekammer 24 des Zylinderdeckels
15. Gegen dieses Wälzlager 23 stützt sich das Ende des Schaftes 7 ab. Das zweite
Wälzlager 25 sitzt in der Nähe des Wellenstumpfes 22 und stützt die Abtriebswelle
radial ab. Das Gehäuse 3 besitzt schließlich noch einen Anschlußflansch 26, um die
Vorrichtung an einer z.B. Werkzeugmaschine, Wendeanlage oder dergleichen in einfacher
Weise anschließen zu können.
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Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist in Fig. 2 dargestellt.
Die hier gezeigte Vorrichtung besteht aus einem Druckmittelzylinder 30 mit Zylinderdeckeln
31, 32, einem Doppelkolben 33 und einer Abtriebswelle 34. Der Zylinderdeckel 31
ist einstückig mit einem den Zylinder 30 axial durchquerenden rohrförmigen Einsatz
35 verbunden, der im gegenüberliegenden Zylinderdeckel 32 eingelassen und verschweißt
ist.
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Im rohrförmigen Einsatz 35 ist die Abtriebswelle 34 drehbeweglich
auf Wälzlagern 36 gelagert und axial mittels Sprengringen
37 oder
dergleichen und mittels Spannkörper 38 festgelegt. Die Abtriebswelle 34 besitzt
auf einem etwa mittig gelegenen Bereichsabschnitt eine sich schraubenlinienförmig
erstreckende Umfangsnut 39, deren Steigung so bemessen ist, daß eine Selbsthemmung
nicht besteht. Ferner besitzt die Abtriebswelle zwei aus den Zylinderdeckeln 31,
32 heraustretende Wellenstümpfe 40, 41, an welche zu verschwenkende Gerätschaften
angeschlossen werden können.
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Auf dem Mantel des rohrförmigen Einsatzes 35 ist der Doppelzylinder
33 geführt, der sich zudem noch an der inneren Zylinderwandung 42 abstützt. Der
Doppelkolben 33 besitzt einen Zwischensteg 43 mit einer Durchgangsbohrung 44, welche
zur Aufnahme eines als Kraftübertragungsglied dienenden Bolzens 45 dient.
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Der Bolzen 45, der an seinem freien Ende ein Laufröllchen 46 oder
einen Nadellagerkranz oder dergleichen besitzt, durchdringt eine in dem rohrförmigen
Einsatz eingearbeitete Längsnut 47 und greift mit seinem mit Laufröllchen besetzten
Ende in die schraubenlinienförmige Nut 39 der Abtriebswelle 34 ein. Die Längsnut
47 im rohrförmigen Einsatz 35 dient nicht nur als Bolzendurchlaß, sondern zudem
auch als Verdrehsicherung für den Doppelkolben 33.
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Die Wirkungsweise der Vorrichtung nach Fig. 2 entspricht im Prinzip
der Wirkungsweise der Vorrichtung nach Fig. 1. Durch
die kraftschlüssige
Verbindung zwischen Doppelkolben und Abtriebswelle, die über den Bolzen 45 gegeben
ist, wird auf die Abtriebswelle 34 ein Drehmoment ausgeübt, sobald der Doppelkolben
33 bei Druckbeaufschlagung linear in Bewegung gesetzt wird.
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Zur Beaufschlagung des Doppelkolbens 33 wird dabei durch eine der
im Zylindergehäuse vorgesehenen Öffnungen 48, 49, die wechselweise als Ein- und
Auslaß dienen, Druckmedium in die Zylinderkammern 50,51 gegeben. Die erforderliche
Abdichtung wird über Dichtungen 52 und Manschettendichtungen 53 auf den Kolbenlaufflächen
sichergestellt. Da der Druckmittelzylinder einen kreisförmigen Querschnitt besitzt,
bestehen praktisch keinerlei Abdichtungsprobleme, Die neuartige Vorrichtung nach
Fig. 1 und insbesondere nach Fig. 2 zeichnet sich einmal durch einen kompakten,
äußerst raumsparenden Aufbau, geringe Herstellungskosten sowie durch einen großen
Schwenkbereich der Abtriebswelle mit der bzw. den daran angeschlossenen Gerätschaften
aus.