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Drehkolbenzylinder mit Schwenkwinkelbegrenzung und
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Endlagendämpfung Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Drehkolbenzylinder
mitVSchwenkwinkelbegrenzung und Endlagendämpfung, bestehend aus einer mit mindestens
einem Schwenkflügel versehenen in einem Gehäuse drehbaren Welle, wobei der Schwenkflügel
den Zylinder in mindestens zwei Arbeitsräume abteilt, in die abwechselnd Drucköl
geleitet wird.
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Die Kolbenflügel der Drehkolbenzylinder (Schwenktriebe) dürfen ihrer
empfindlichen Dichtelemente wegen nicht auf inneren Anschlag gefahren werden. Um
das Anschlagen zu verhindern, müssen äußere mechanische Anschläge oder elektrische'Endbegrenzungsschalter
angeordnet werden, die das Weiterlaufen des Kolbenflügels in den Endlagen verhindern.
Auch bei Drehkolbenzylindern mit einstellbarer Schwenkwinkelbegrenzung und Endlagendämpfung
in allen Winkelbereichen ist infolge Lecköl in den Steuerungseinrichtungen ein absolutes
Festhalten in den Endlagen nicht möglich. In zahlreichen Anwendungsfällen wird aber
gefordert, daß
1. ein Schwenkwinkel exakt z.B. 180°, 2. diese 1800
von der Mittelstellung nach links und rechts exakt je 9o° (z.B. zum Positionieren)
eingefahren werden kann. Diese Forderungen sind mit den z.Zt. auf dem Markt befindlichen
Drehkolbenzylindern nicht erfüllbar.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Drehkolbenzylinder
mit Schwenkwinkelbegrenzung und Endlagendämpfung der eingangs genannten Art so auszubilden,
daß äußere mechanische Anschläge oder elektrische Endbegrenzungsschalter vermieden
werden, wobei der Schwenkwinkel exakt einstellbar ist und hoch-genau eingehalten
werden kann, und daß weiterhin eine genaue Mittelstellung zwischen den rechten und
linken Anschlägen einstellbar ist, die hoch-genau eingehalten wird.
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Diese Aufgabe wird gemäss der Erfindung dadurch gelöst, daß die Welle
auf der Abtriebsseite verlängert ist und in einem zweiten, durch einen Zylinderdeckel
abgeschlossenen Raum, angeordnet ist, und daß zur Schwenkwinkelbegrenzung drehfest
mit der Welle mindestens ein Justiernocken verbunden ist, der mit am Zylinderdeckel
angeordneten Anschlägen zusammenwirkt, und daß zur Endlagendämpfung dreh fest mit
der Welle mindestens ein Steuerungsnocken verbunden ist, der zusammenwirkend mit
im Druckölstrom liegenden Steuerkolben die Druckölzufuhr zu den Arbeitsräumen des
Zylinders bei Erreichen der jeweiligen Endlage drosselt.
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Wesentliches Merkmal der vorliegenden Erfindung ist also, daß die
abtreibende Welle in der dem Wellenstummel entgegengesetzten Seite verlängert wird,
um hier in dem besonders dafür ausgebildeten zweiten Zylinderdeckel eine justierbare
Schwenkwinkelbegrenzung, unmittelbar verbunden mit einer Endlagendämpfung für den
maximalen Schwenkwinkelbereich des Drehkolbenzylinders vorgesehen ist.
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Mit dieser Ausbildung werden wesentliche Vorteile erzielt.
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Der gesamte Drehkolbenzylinder kann jetzt viel kleiner aufgebaut werden,
weil die Schwenkwinkelbegrenzung mit Endlagendämpfung im gleichen Gehäuse, wie der
Drehkolbenzylinder , angeordnet ist, und außerhalb angeordnete Teile deshalb entfallen
können.
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Hierbei wird es besonders bevorzugt, wenn der Justiernocken aus einem
Kreissegment gebildet ist, dessen Seitenflächen die Anschlagflächen für im Zylinderdeckel
angeordnete, axial verstellbare Justierschrauben bilden, deren Stirnflächen mit
den Anschlagflächen des Justiernockens zuammenwlrken.
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Hierbei wird der wesentliche Vorteil erzielt, daß eine exakte Einstellung
des Schwenkwinkels durch axiale Verstellung der Justierschrauben erreicht wird.
Die Justierschrauben weisen vorzugsweise Feingewinde auf, so daß mittels der Justierschrauben
der gewünschte Schwenkwinkel 5rad-Sekunden-genau eingestellt werden kann. Diese
Justiereinrichtung hat aber noch eine weitere Bedeutung. Beispielsweise wird im
Werkzeug-Maschinenbau
bei den Werkzeugwechslern für )jC-gesteuerte
Maschinen die genaue Positionierung nicht nur in den Endlagen, sondern auch in der
Mittelstellung + 0 gefordert. Bei Fertigungsdifferenzen, die sich nie ganz ausschließen
lassen, z.B. wenn die Verbindungselemente der abtreibenden Welse zum Drehkolbenflügel
und den Passfedern oder sonstigen Verbindungselementen des Justiernockens und des
Steuerungsnockens nicht 100%-ig fluchten, würden Festanschläge außen oder innen
oder bei elektrischen Endbegrenzungsschaltern nichts nützen. Mit den erfindungsgemässen
Justierschrauben aber können Fluchtungsfehler genau korrigiert werden.
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Wesentlich bei der vorliegenden Erfindung ist, daß ein gesteuerter
Dämpfungseffekt im Mediumrücklauf in der jeweiligen Schwenkwinkelendstellung gewährleistet
ist. Dies erfolgt nach einer bevorzugten Ausführungsform dadurch, daß der Steuerungsnocken
mit im Zylinderdeckel federbelasteten, axial verschiebbaren Steuerkolben zusammenwirkt,
die kurz vor Erreichen der jeweiligen Endlage des Kolbenflügels die - das Drucköl
zum Arbeitsraum führende - Bohrung abdecken, und daß das ablaufende, drucklose Medium
über eine auf dem Steuerkolben eingeschliffene Ringnut abläuft.
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Gemäss der vorliegenden Erfindung erfolgt also die Endlagendämpfung
durch eine Drosselung des Druckmediums kurz vor Erreichen der Endstellung des Kolbenflügels.
Hierbei wird dann ein axial verschiebbarer Steuerkolben in die lichte Weite der
Druckölzuführungsbohrung geschoben, so daß das Drucköl
vom Arbeitsraum
des Kolbenflügels abgesperrt bzw. im Zufluss gedrosselt wird.
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Der Dämpfungseffekt, der gemäss der Erfindung auf einer Drosselwirkung
des Druckmediums beruht, hat den Nachteil, daß beim Wiederanlauf des Drehkolbenzylinders
aus der gedämpften Stellung heraus, bei der Verzögerung entsteht.
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Da dies für den Zeitablauf nicht erwünscht ist, ist es gemäss der
vorliegenden Erfindung vorgesehen, daß parallel zu den Bohrungen, in deren Volumen
die Steuerkolben angeordnet sind, jeweils eine weitere Beipass-Bohrung angeordnet
ist, in der jeweils ein federbelastetes überströmventil angeordnet ist, das öffnet
beim Bewegen des Kolbenflügels aus der Endlage heraus und durch welches das Drucköl
von der Anschlußbohrung in den Arbeitsraum des Zylinders fliesst.
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Durch Anschlagen des Justiernockens an den zugeordneten Stirnflächen
der Justierschrauben wird das unerwünschte, durch Leckage hervorgerufene Weiterlaufen
der Welle mit dem mit ihr verbundenen Drehkolbenflügel über den Endlagen-gedämpften
Schwenkwinkel hinaus behindert.
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Auf diese Weise ist eine Kombination einer Schwenkwinkelbegrenzung
mit einer Endlagendämpfung realisiert, bei der äussere Anschläge vermieden werden
und mit der es möglich ist, hochgenau und reproduzierbar , einstellbare Schwenkwinkelbewegungen
auszuführen. Die Dämpfung und Justierung der Schwenkwinkel
ist
aber nicht nur auf die Endlagen bei Null Grad und 1800 beschränkt, ebenso ist es
möglich, eine Endlagendämpfung und Justierung auch beispielsweise zwischen Oo und9o0
oder 00 und 1200 oder 00 und 150° oder einem sonstigen Zwischenwert des Schwenkwinkels
zu erzielen.
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Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird nun anhand
der Zeichnungen näher beschrieben. Dabei gehen aus der Beschreibung weitere Vorteile
und Merkmale der Erfindung hervor.
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Es zeigen: Fig. 1 Längsschnitt durch einen Drehkolbenzylinder mit
Schwenkwinkelbegrenzung und Endlagendämpfung.
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Fig. 2 Teillängsschnitt in Draufsicht auf die Schwenkwinkelbegrenzung
und die Endlagendämpfung der Welle.
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Fig. 3 Querschnitt durch den Drehkolbenzylinder im Bereich des Steuerkolbens.
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Fig. 4 TEilschnitt durch die Verbindungsbohrungen für die Mediumzufuhr.
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Fig. 5 Querschnitt durch den Drehkolbenzylinder in Höhe des Justiernockens.
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Fig. 6 Längsschnitt-Teildarstellung durch die Zuführungs- bzw.
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Rücklaufbohrungen für das Druckmedium.
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Fig. 7 Schnitt durch einen Drehkolbenzylinder in Höhe des Steuerungsnocken
bei einer zweiten Ausführungsform gemäss der vorliegenden Erfindung für einen Schwenkwinkel
von OO bis 120°.
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In Fig. 1 ist ein herkömmlicher Drehkolbenzylinder im vorderen Teil
der Abb. gezeigt, bestehend aus einem Zylindergehäuse, vorderem Deckel, abtreibender
Welle mit Kolbenflügel und der mit dem Zylindergehäuse fest verbundenen Trennwand.
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Gemäss der vorliegenden Erfindung ist jetzt die abtreibende Welle
1 in der dem Wellenstummel entgegengesetzten Seite verlängert, um hier in der besonders
dafür ausgebildeten zweiten Zylinderdeckel 2 eine justierbare Schwenkwinkelbegrenzung
(Justiernocken 3) unmittelbar verbunden mit einer Endlagendämpfung (Steuerungsnocken
5) für den maximalen Schwenkwinkelbereich des Drehkolbenzylinders vorzusehen.
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Die , wie vorher beschrieben, verlängerte Welle 1 wird von dem zweiten
Zylinderdeckel 2 koaxial umschlossen und ist in ihm gelagert. Der Justiernocken
3 wird über eine Passfeder 4 oder eine sonstige Verbindung von der Welle 1 reim
Drehen mitgenommen. Das gleiche gilt für den Steuerungsnocken 5 mit der Passfeder
6. Die Scheibe 7 dient zum Andrücken des Justiernockens 3 durch den Steuerungsnocken
5. Beide werden durch den
Sicherungsring 8 gehalten.
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Fig. 2 zeigt nähere Einzelheiten der Schwenkwinkelbegrenzung und der
Endlagendämpfung. Durch die Anschlussbohrungen 20 und 21 und durch die Bohrungen
22 und 23 wird das Druckmedium den Arbeitsräumen des Drehkolbenzylinders zugeführt
bzw. aus ihnen abgeführt.
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Auf der Ebene des Steuerungsnockens 5 sind der Steuerkolben 9 für
die Bohrung 22 und der Steuerkolben lo für die Bohrung 23 angeordnet, die durch
die Druckfedern 11 in den Steuerungsnocken 5 gedrückt werden. Die Darstellung der
Fig. 2 entspricht der Lage des Drehkolbenflügels, wenn sich dieser in Mittelstellung
befindet.
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Hieraus wird ersichtlich, daß die Bohrungen 22,23 durch die Steuerkolben
9,lo frei gegeben sind, so daß das Druckmedium ungehindert von der Anschlußbohrung
20,21 in die Arbeitsräume des Zylinders fließen kann.
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Fig. 3zeigt den Querschnitt durch den Drehkolbenzylinder im Bereich
der Steuerkolben 9,lo. Die Darstellung entspricht hier der Lage des Steuerkolbens
lo in Endstellung, analog dazu der Lage des Drehkolbenflügels. Es ist ersichtlich,
daß der Steuerungsnocken 5 den Steuerkolben lo vollständig über die Bohrung 23 geschoben
hat und das ablaufende, drucklose Medium nur noch über die auf dem Steuerkolben
lo eingeschliffene feine Ringnut 12 ablaufen kann. Damit ist ein gesteuerter Dämpfungseffekt
im Mediumrücklauf in der Schwenkwinkelendstellung gewährleistet.
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Der gleiche Dämpfungseffekt wird umgekehrt in der anderen Richtung
über den Steuerkolben 9 erzielt, wenn das Druckmedium durch die Anschlußbohrung
21 eingespeist wird, und dann durch die Bohrung 22
fließt.
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Um den Wiederanlauf des Drehkolbenzylinders aus der gedämpften Stellung
heraus zu verhindern, ist es gemäss der vorliegenden Erfindung vorgesehen, daß Überströmventile
13,14 (s. Fig. 4) in Beipass-Bohrungen 24,25 angeordnet sind, wobei diese Beipass-Bohrungen
24,25 über weitere Bohrungen 27 mit den Bohrungen 22, 23 verbunden sind.
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Den genauen Verlauf der Bohrungen zeigt beispielsweise Fig. 6.
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Hieraus wird ersichtlich, daß aufgrund der Verschiebung des Steuerkolbens
9 die Bohrung 22 steuerbar verschließbar bzw.
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drosselbar ist. Parallel zu der drosselbaren Bohrung 22 sind Beipass-Bohrungen
26,24,27 angeordnet, in deren Verlauf das Überströmventil 13 angeordnet ist. Wird
durch die Anschluß-Bohrung 20 Druckmedium eingespeist, so gelangt dieses nur über
die feine Ringnut 12 des Steuerkolbens 9 in die Bohrung 22 und damit in den Arbeitsraum
des Drehkolbenzylinders.
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Das bedeutet verzögerten Anlauf. Da das Druckmedium aber gleichzeitig
durch die Bohrung 26 und das Überströmventil 13 in die Bohrung 24 voll einströmen
kann, tritt keine Verzögerung im Anlauf ein, bis schließlich durch die Drehung der
Welle 1 auch den Steuerkolben 9 die Bohrung 22 vollkommen öffnet.
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Das unerwünschte, durch Leckage hervorgerufene Weiterlaufen der Welle
1 mit dem mit ihr verbundenen Drehflügel wird über den Endlagen-gedämpften Schwenkwinkel
durch erfindungsgemässe Anordnung der Schwenkwinkelbegrenzung verhindert.
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Der Justiernocken 3 ist entsprechend der Stellung des Steuerungsnockens
5 nach Fig. 5 in der Endstellung, hier bei 180°, gezeichnet. Mittels der Justierschraube
15 und 16 mit Feingewinde kann der gewünschte Schwenkwinkel Grad-Sekunden-genau
eingestellt werden. Durch Verstellung der Justierschrauben ist es also möglich,
den Schwenkwinkel hoch-genau einzustellen.
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In Fig. 7 ist eine weitere Ausführungsform einer Schwenkwinkelbegrenzung
mit Endlagendämpfung dargestellt, bei der der Schwenkwinkel im Bereich von Oo bis
120° festgelegt ist. Hier sind die Steuerkolben 9 und lo unter einem Winkel von
120° zueinander angeordnet, ohne daß dadurch der Steuerungsnocken 5 geändert wird.
Die Bohrungen 22 und 23 sind dieser Winkelstellung angepasst.
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Die Justierschrauben 15 und 16 (gestrichelt gezeichnet) bleiben in
ihrer Position unverändert. Einer anderen Form unterliegt lediglich der Justiernocken,
der hier mit Bezugszahl 17 versehen ist.