DE2828344A1 - Druckmittel-stellmotor - Google Patents

Description

• Druckmittel-Stellmotor
• Die Erfindung betrifft einen einfachwirkenden Druckmitteldurch Stellmotor mit einem Zylinder und einem/Strömungsmittel dicht in diesem bewegbaren koaxialen Kolben.
• Bekannte Drucksittel-Stellmotoren haben einen Zylinder und einen Kolben mit kreisförmigem Querschnitt. Ordnet man derartige Stellmotoren nebeneinander an, so verbleibt zwischen ihnen verhältnismäßig viel freier Raum. Für viele Anwendungen ist es aber wichtig, in einem vorgegebenen Volumen möglichst viele Stellmotoren unterbringen zu können.
• Durch die Erfindung soll daher ein Druckmittel-Stellmotor gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 geschaffen werden, der zusammen mit anderen, gleich ausgebildeten Stellmotoren in hoher Packungsdichte angeordnet werden kann.
• Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß gelöst durch einen Stellmotor gemäß Anspruch 1.
• Erfindungsgemäße Stellmotoren können sehr nahe beieinanderliegend jeweils eine hohe Abtriebskraft bereitstellen, da der weit aus größte Teil der von ihnen eingenommenen Fläche als druckbeaufschlagte Arbeitsfläche des Kolbens verwendet werden kann. Von diesem Gesichtspunkt her wäre zwar eine rechteckige Querschnittsform von Zylinder und Kolben +7;ch vorteilhaft , es treten dann aber Dichtprobleme auf, die nur mit großem apparativem Aufwand überwunden werden können.
• Bei dem erfindungsgemäßen Stellmotor kann dagegen die Abdichtung des Arbeitsraumes genau so einfach erfolgen wie bei Stellmotoren mit kreisförmigen Querschnitt aufweisendem Arbeitsraum, z,B. unter Verwendung eines in dem Kolben eingesetzten O-Ringes.
• Anders als bekannte Membran-Stellmotoren kann der erfindungsgemäße (im übrigen auch noch einfacheren Aufbau aufweisende) Stellmotor auch für großen Hub ausgelegt werden.
• Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Stellmotors ist der, daß sich Kolben und Zylinder nicht gegeneinander verdrehen können. Damit kann eine sonst in vielen Anwendungsfällen erforderliche gesonderte Führung für den Kolben oder eine mit diesem verbundene Kolbenstange entfallen.
• Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Stellmotors ist der, daß er nur wenige Teile aufweist, also sehr einfach und preisgünstig hergestellt werden kann. Die ovale Formgebung von Zylinder und Kolben eignet sich sowohl besonders gut für die Herstellung aus Blech durch Tiefziehen als auch für die Herstellung aus Kunststoff durch Spritzen.
• Schließlich hat der erfindungsgemäße Stellmotor aufgrund der ovalen Formgebung auch eine hohe mechanische Festigkeit der Kolbenwand und Zylinderwand, so daß er sowohl einer tberdruckbeaufschlagung als auch einer Unterdruckbeaufschlagung ohne Wandverformung standhält, ohne daß die Wandstärke groß gewählt zu werden bräuchte.
• Infolge-seiner kompakten, modulfreundlichen Abmessungen eignet sich der erfindungsgemäße Stellmotor insbesondere zur Verwendung als Servomotor in Werkzeugmaschinen und Spannwerkseugen.
• Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in Ullteransprüchen angegeben.
• Bei einem Stellmotor gemäß Anspruch 3 ist ein Verkanten des Kolbens um die kleine Achse des Ovale. nicht möglich. Damit wird ein präzisen Zurüokbewegen des Kolbens in die Ruhelage sichergestellt, auch dann, wenn für einen speziellen Einsatz nur mit verhältnismäßig schwachen Rückstellfedern gearbeitet werden kann.
• Mit der Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 4 wird erreicht, daß durch die Schraubenfedern bei dem Auseinanderziehen bzw. Zusammendrücken insgesamt bin Drehmoment ausgeübt wird, welches Kolben und Zylinder gegeneinander zu verdrehen sucht.
• Damit wird die Reibung zwischen diesen Teilen klein gehalten, was sich sowohl auf ein präzises Ausfahren als auch auf ein präzises Einfahren des Kolbens günstig auswirkt.
• Bei einem Stellmotor gemäß Anspruch 5 kann der vom ovalförmigen Arbeitsraum nicht erfüllte Raum zum Befestigen des Stellmotors genutzt werden. Der Stellmotor hat insgesamt im wesentlichen quaderförmige Gestalt und ist glattflächig. Eine der Platten kann direkt als Spannbacke verwendet werden.
• Bei einem Stellmotor gemäß Anspruch 8 ist der Anschluß, über den der Stellmotor mit einem externen Druckmittelkreis verbindbar ist, so angeordnet, daß durch ihn die lichten Maße des. Stellmotors nicht vergrößert werden.
• Nachstehend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispieles unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigen: Fig. 1 einen transversalen Schnitt durch einen Stellmotor längs der Linie 1-1 von Fig. 2; und Fig. 2 einen axialen Schnitt durch den Stellmotor nach Fig. 1 längs der Linie II-II, während Fig. 3 eine Variante zu der Anordnung nach Filz 2 in derselben sarstellungsweise zeigt.
• Die Zeichnung zeigt einen Druckluft-Stellmotor 1o mit einem Zylinderteil 12 und einem Kolbenteil 14. Das Zylinderteil 12 weist eine elliptische Zylinderwand 16 und eine an die letztere angeformte Stirnplatte 18 auf. Ähnlich hat das Kolbenteil 14 eine elliptische Kolbenwand 20 und eine an die letztere angeformte Stirnplatte 22. Die Kolbenwand 20 ist durch eine O-Ring 24 gegen die Innenseite der Zylinderwand 16 abgedichtet.
• Die Kolbenwand 20 ist in enger Spielpassung innerhalb der Zylinderwand 16 angeordnet. Das becherförmige Kolbenteil 14 und das es strömungsmitteldicht übergreifende becherförmige einen Zylinderteil 12 begrenzen so zusammen einen/elliptischen Querschnitt aufweisenden Arbeitsraum 26. Dieser steht über eine Öffnung 28 im Zylinderteil 12 mit einer. Gewindebohrung 30 in Verbindung, in die ein Fitting einer Druckluftleitung einschraubbar ist.
• Die Stirnplatte 18 des Zylinderteils 12 ist mit vier Öffnungen 32 zur Aufnahme von nicht gezeigten Befestigungsschrauben versehen, über die der Stellmotor an einer Halterung befestigbar ist, z.B. an einem feststehenden Teil eines Schraubstockes.
• Die Stirnplatte 22 des Kolbenteiles 14 ist dagegen ohne Öffnung ausgebildet und kann direkt mit einer nicht gezeigten Riffelung versehen sein, so daß sie selbst als Spannbacke eines Schraubstockes verwendet werden kann.
• An die Stirnplatte 18 des Zylinderteils 12 sind auf der Längsachse und symmetrisch zur Quermittelebene des Arbeitsraumes 26 zwei Ansätze 34 und 36 angeformt. Diesen axial gegenüberliegend trägt die Stirnplatte 22 des Kolbenteiles 14 zwei angeformte Ansätze 38 und 40. Diese Ansätze sind mit Durchgangsbohrungen 42 versehen, in welche die Enden von Schraubenfedern 44 und 46 eingreifen.
• Die Schraubenfeder 46 ist in entgegengesetztem Drehsinne gewendelt wie die Schraubenfeder 44, so daß man eine völlige Symmetrie der Federbelastung bezüglich der Quermittelebene des Arbeitsraumes 26 sowohl kräftemäßig als auch drehmomentenmäßig erhält. Die Schraubenfedern sind axial so dimensioniert, daß sie bei auf dem oberen Rand der Zylinderwand 16 aufsitzendem Kolbenteil 14 immer noch auf Zug beansprucht sind.
• Der oben beschriebene Stellmotor arbeitet wie folgt: Wird der Arbeitsraum 26 mit Druckluft beaufschlagt, so wird das Kolbenteil 14 entgegen der Kraft der Schraubenfedern 44 und 46 ausgefahren. Dabei ist ein Verdrehen des Kolbenteiles 14 bezüglich des Zylinderteiles 12 um eine in Fig. 1 senkrecht auf der Zeichenebene stehende Achse infolge der ovalen Querschnittsform von Zylinderwand 16 und Kolbenwand 20 nicht möglich. Das Zurückfahren des Kolbenteiles 14 in die in Fig.2 gezeigte Ausgangsstellung erfolgt nach Druckentlastung des Arbeitsraumes 26 durch die beiden Schraubenfedern 44 und 46, wobei diese trotz der dem Hub des Kolbenteiles entsprechenden großen Längenänderung nicht Kolbenteil und Zylinderteil gegeneinander zu verdrehen suchen.
• Es versteht sich, daß man die Druckbeaufschlagung des Arbeitsraumes 26 auch über das Kolbenteil 14 vornehmen kann, so daß das Zylinderteil 16 als einfacher ovaler Becher ohne überstehenden Anschluß ausgebildet werden kann, z.B. als entsprechendes tiefgezogenes Blechteil. Ferner kann anstelle des O-Ringes 24 auch eine andere Dichtung vorgesehen werden, welche am freien Ende der Zylinderwand 16 angeordnet ist und zugleich ein Eindringen von Schmutz zur Zylinderlauffläche verhindert. Diese Dichtung kann z.B. eine Lippendichtung sein, die in einen entsprechenden Wulst des dann vorzugsweise als Blechteil ausgebildeten Zylinderteiles eingesetzt sist.
• Der O-Ring 24 kann entweder an der vorstehenden Partie oder Kolbenwand 20 des beweglichen Teils des Arbeitszylinders oder an der gegenüberliegenden Wand 21 des feststehenden Teils des Arbeitszylinders - jeweils in Ausnehmungen angeordnet sein.
• Bei der Variante nach Fig. 2 übergreift der bewegliche Teil 11 (Kolben) des Zylinders mit einer zum anderen Teil 13 hin vorstehenden Partie 15 diesen Teil 13 bzw. seine Seitenwand 17, an dem er mit der vorstehenden Partie 15 geführt ist.
• Die Abdichtung erfolgt mit Hilfe eines z. B. aus Polyurethan oder Gummi bestehenden Dichtungsrings 19, der an einem Anlagebund 32 an der vorspringenden Partie 15 des beweglichen Teils mit Hilfe einer Federklainmer 25 gehalten ist, die aus einem zum Zylinder hin offenen U besteht, dessen beide Schenkel 27, 29 den Dichtungsring 19 und den Anlagebund ? aneinanderdrücken. Der Dichtungsring 19 hat im Querschnitt die Gestalt eines L, dessen einer Schenkel 31 etwa parallel zur Zylinderlängsachse verläuft und zur Abdichtung dient, wobei er zwischen einer Ausbuchtung 33 an der vorspringenden Partie 15 des beweglichen Teils 11 und dem feststehenden Teil 17 enthalten ist, wahrend der andere Schenkel 35 etwa rechtwinklig von der Zylinderwand absteht und zur Befestigung mit Hilfe der Bederklammer dient, deren Schenkel gemäß den Pfeilen aufeinander zu federn. Diese Anordnung zeichnet sich durch denkbar große Einfachheit aus, da man den Dichtungsring nach Anlegen an den Anlagebund einfach durch Zusammendrücken der Federklammer z. B. mit Hilfe eines Werkzeugs befestigen kann.
• Die Vorteile des Erfindungsgegenstandes sind: geringer Platzbedarf bei guten, einfachen Abdichtungsmöglichkeiten, flache Bauweise, Nichtverdrehbarkeit, größerer Hub möglich, um bis zu 40 % weniger Teile erforderlich, daher kostengünstiger.
• L e e r s e i t e

Claims (17)

1. Druckmittel-StelLmotor Patentansprüche Einfachwirkender Druckmittel-Stellmotor mit einem durch Zylinder und einem/Strömungsmitte1 dicht in diesem bewegbaren koaxialen Kolben, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinder (12) und der Kolben (14) ovalen querschnitt aufweisen.
2. 2. Stellmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinder (12) und der Kolben (14) elliptischen Querschnitt aufweisen.
3. 3. Stellmotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in dem durch den hohl ausgebildeten Kolben (14) und den Zylinder (12) begrenzten ovalen Arbeitsraum (26) zwei Rückstellfedern (44,46) bezüglich der Quermittelebene des Arbeitsraumes in symmetrischer Lage auf der Arbeitaraumlängsachse angeordnet sind.
4. 4. Stellmotor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückstellfedern entgegengesetzt gewendelte Schraubenfedern sind.
5. 5. Stellmotor nach einem der Anspräche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Zylinder (12) und/oder dem Kolben (14) eine im wesentlichen rechteckige Platte (18 bzw. 22) befestigt ist.
6. 6. Stellmotor nach einem der ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinder (12) und/oder der Kolben (14) Plastikspritzteile sind
7. 7 Stellmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (14) aus Plastikmaterial gefertigt ist und der Zylinder (12) ein Blechformteil ist.
8. 8. Stellmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein Anschluß (30) für einen externen Druckmittelkreis in einem zwischen zwei Boheiteln des Ovales liegenden Wandabschnitt des Zylinders (12) vorgesehen ist.
9. 9. Stellmotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinder aus einem den Anschluß für die Ilruckmittelzufuhr besitzenden, feststehenden Teil und aus einem an diesem unter guter Abdichtung geführten beweglichen Teil besteht, dessen äußere Abschlußplatte als Arbeitsorgan nach Art einer Kolbenstange dient.
10. 10. Stellmotor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der bewegliche Teil des Zylinders mit einer zum anderen Teil hin vorstehenden Partie in diesen Teil eingreift und an diesem mit der vorstehenden Partie geführt ist.
11. 11. Stellmotor nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß der bewegliche (14) und der feststehende (12) Teil gegeneinander durch einen 0-Ring ( 24) abgedichtet sind, der in eine Ausnehmung am vorstehenden Teil (20) der beweglichen Partie eingesetzt ist.
12. 12. Stellmotor nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß der bewegliche (14) und der feststehende (12) Teil gegeneinander durch einen 0-Ring (24) abgedichtet sind, der in eine Ausnehmung an dem den vorstehenden Teil (20) der beweglichen Partie führenden Teil (21) der feststehenden Partie geführt ist.
13. 13. Stellmotor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der bewegliche Teil (11) des Zylinders mit einer zum anderen Teil (13) hin vorstehenden Partie (15) diesen Teil übergreift und an diesen mit der vorstehenden Partie geführt ist.
14. 14. Stellmotor nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der bewegliche und der feststehende Teil gegeneinander durch einen Dichtungsring (19) abgedichtet sind, der an an einem Anlagebund (32) an der vorspringenden Partie (15) des beweglichen Teils mit Hilfe einer Federklammer (25) od. dgl. gehalten ist.
15. 15. Stellmotor nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Federklammer (25) die Gestalt eines zum Zylinder hin offenen U hat, dessen beide Schenkel den Dichtungsring (19) und den Anlagebund (32) aneinanderdrücken.
16. 16. Stellmotor nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtungsring (19) einen Querschnitt in Gestalt eines L hat, dessen einer Schenkel (31) etwa parallel zur Zylinderlängsachse verläuft und zur Abdichtung dient, wahrend der andere Schenkel (35) etwa rechtwinklig von der Zylinderwand absteht und zur Befestigung mit Hilfe der Federklammern dient.
17. 17. Stellmotor nach anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der zur Zylinderlägsachße parallele Schenkel (31) zwischen einer Busbuchtung (33) an der vorspringenden Partie (15) des beweglichen Teils (11) und dem feststehenden Teil (17) enthalten ist.