DE2944471C2 - Pneumatischer Schwenk- und/oder Drehantrieb - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft einen pneumatischen Schwenk- und/oder Drehantrieb mit einem Gehäuse, mit einander gegenüberliegenden Druckkammern, mit einem Ritzel, das im Gehäuse angeordnet ist. mit stirnseitig an einer Zahnstange angeordnetem Kolben, wobei die Zahnstange mit dem Ritzel zusammenwirkt, das Gehäuse durchsetzt und durch gegenläufige Druckbeaufschlagung der Druckkammern hin= und herbewegbar ist. und &<> mit einander gegenüberliegenden Dämpfungskammern, die den Druckkammern zugeordnet sind und gegensinnig zur jeweils zugeordneten Druckkammer mit Hydraulikflüssigkeit beaufschlagbar sind, wobei die Dämpfungskammern strömungsmäßig miteinander ver- <" bunden und über ein einstellbares Strömungsdrosselventil entleerbar sind.

Ein Antriebselement dieser Art ist aus der DE-AS 12 29 848 bekannt. Bei dieser bekannten Anordnung ist die Zahnstange lediglich an einem Ende mit einem doppelt wirkenden Kolben versehen, der zwei einander gegenüberliegende Druckkammern voneinander abtrennt Nachteilig hierbei ist daß die lediglich an einem Ende auf einem Kolben abgestützte Zahnstange zur Gewährleistung eines exakten Zahneingriffs bei dennoch sichergestelltem ausreichendem Zahnspiel im Bereich des Ritzeleingriffs exakt geführt sein muß, was einen hohen Bau- und Wartungsaufwand ergibt. Die den Druckkammern zugeordneten Dämpfungskammern werden durch einen Dämpfungskolben voneinander getrennt, der an eine Büchse angeformt ist die mit Axialspiel bewegbar auf einer über den Kolben iiinausragenden Verlängerung der Zahnstange aufgenommen ist Die den Dämpfungskolben aufnehmende Büchse ist dabei kürzer als die Verlängerung der Zahnstange, so daß sich das gewünschte Axialspiel ergibt das mittels einer auf der Verlängerung der Zahnstange angeordneten Mutter einstellbar ist Bei einer Druckbeaufschlagung des Arbeitskolbens kann sich dieser und mit ihm die Zahnstange zunächst ungedämpft mit hoher Geschwindigkeit bewegen, bis die den Dämpfungskolben aufnehmende Büchse auf den durch den Arbeitskolben bzw. die gegenüberliegende Stellmutter gebildeten Anschlag au Π Iu ft. wobei die Geschwindigkeit Her weiteren Kolbenbewegung durch die Einstellung des von Hand auf einen bestimmten Wert eingestellten Strömungsdrosselventils vorgegeben wird. Die Geschwindigkeitscharakteristik der bekannten Anordnung weist demnach praktisch zwei konstante Bereiche auf, deren jeweilige Ausdehnung von der Länge der an die Zahnstange angesetzten Verlängerung abhängt und offensichtlich durch die auf das Ende dieser Verlängerung aufgeschraubte Mutter einstellbar ist. Es ergibt sich demnach praktisch eine unstetige Geschwindigkeitscharakteristik mit zwei aneinander anschließenden, konstanten Geschwindigkeiten unterschiedlichen Niveaus, ue: einer derartigen Geschwindigkeitscharakteristik sind daher ruckartige Bewegungen zu befürchten, die zu einer nicht unbeachtlichen Stoßbeanspruchung des gesamten Antriebs führen können. Außerdem erfordert die bekannte Anordnung offensichtlich einen sehr großen Bauraum in axialer Richtung. Infolge der hier vorgesehenen auseinandergezogenen Bauweise mit einer an die Zahnstange angesetzten, den Dämpfungskolben durchsetzenden Verlängerung können aber auch Verbiegungen und damit Verspannungen entstehen, die zu einem rasanten Verschleiß der Dichtflächen und damit jedenfalls im Laufe längerer Betriebszeiten zu einem schlechten Wirkungsgrad führen müßten.

Hiervon ausgehend ist es daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Schwenk- und/oder Drehantrieb eingangs erwähnter Art zu schaffen, der eine kompakte Bauweise aufweist und bei dem eine schonende Betriebsweise und eine praktisch frei wählbare Geschwindigkeitscharakteristik seiner Zahnstange gewährleistet sind.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß am anderen Ende der Zahnstange ein zweiter Kolben angeordnet und jedem der Kolben eine der Druckkammern zugeordnet ist, daß die Dämpfungskammern durch Axialsackbohrungen an den Enden der Zahnstange gebildet sind, daß in die Axialsackbohrungen zylinderdeckelseitig befestigte Stößel eingreifen, und daß die den Axialsackbohrungen zugeordneten Strömungsdrosselventile mittels Stellelementen in Ab-

hängigkeit von der Stellung der Zahnstange stetig auf einen Momentanwert einstellbar sind.

Mit diesen Maßnahmen ist es somit auf einfache Weise möglich, trotz Druckkonftanz auf der Pneumatikseite das erfindungsgemäße Antriebselement zu steuern und damit über dem Hub der Zahnstange praktisch jede gewünschte Geschwindigkeitscharakteristik zu verwirklichen, was in vorteilhafter Weise einen ruckfreien Betrieb mit stetiger Geschwindigkeitscharakteristik ermöglicht und damit auch solche Einsatzgebiete eröffnet, bei denen eine ruckartige Bewegung nicht erwünscht ist. Trotz der erreichten Geschwindigkeitssteuerung ermöglichen es jedoch die erfindungsgemäßen Maßnahmen, die Dämpfungskammern direkt in die Zahnstange zu integrieren und damit genau dorthin zu '5 legen, wo die auftreterden Dämpfungskräfte sofort wieder durch den pneumatischen Druck elliminiert werden können, ohne daß Verspannungen auf das Gesamtsystem ausgeübt werden. Dies gewährleistet ersichtlich trotz erreichter Geschwindigkeitssteuerung eine schonende Betriebsweise und ermöglicht daher große Wartungsintervalle und läßt eine hohe Lebensdauer erwarten. Die bei der erfindungsgemäßen Kombination vorgesehene beidseitige Aufnahme der Zahnstange auf einem Arbeitskolben ergibt gleichzeitig ohne weitere Maßnahmen einen exakten Zahneingriff bei ausreichendem Zahnspiel im Bereich des Ritzeleingriffs. Gleichzeitig ermöglicht die Verwendung von in die Axialsackbohrung einfach eingreifenden Stößeln in vorteilhafter Weise eine Außenabdichtung der Dämp- JO fungskammern durch im Bereich des Zahnstangenendes angebrachte Dichtungsringe, was eine einfache Nach- und Einstellbarkeit zuläßt

Vorteilhafte Weiterbildungen und zweckmäßige Ausgestaltungen der übergeordneten Maßnahmen sind >? in den Unteransprüchen gekennzeichnet

Nachstehend ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Hierbei zeigt

F i g. 1 einen Schnitt durch ein Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einer in zwei Richtungen angetriebenen Zahnstange und

F i g. 2 die Anordnung nach F i g. 1 in Form eines Blockschaltbilds.

Das in F i g. 1 dargestellte pneumatische Antriebselement besteht aus einem Gehäuseblock 1, in welchem ein mit einer Anschlußwelle 2 verbundenes Ritzel 3 gelagert ist, das mit einer pneumatisch hin- uid herbewegbaren Zahnstange 4 zusammenwirkt. Die Zahnstange 4 ist an ihren beiden Enden mit jeweils einem Kolben 5 >r> versehen und greift hiermit in auf einander gegenüberliegenden Seiten an de.' Gehäuseblock 1 angesetzte Zylinder 6 ein. die im Bereich ihrer vom Gehäuseblock 1 abgewandt°n Stirnseite mit jeweils einem Zylinderdekkel 7 verschlossen sind. In F i g. 1 ist lediglich die linke « Hälfte des erfindungsgemäßen Antriebselements vollständig dargestellt. Dieses soll im dargestellten Ausführungsbeispiel jedoch symmetrisch zur Mittellinie M ausgebildet sein.

Die Kolben 5 sind in an sich bekannter Weise ^o gegenüber dem jeweils zugeordneten Zylinder 6 abgedichtet und begrenzen mit ihren voneinander abgewandten Stirnseiten jeweils eine in den Zylindern 6 vorgesehene und andererseits durch den jeweils benachbarten Zylinderdeckel 7 verschlossene Druckkammer 8, die an eine Druckluftquelle anschließbar ist. Hierzu sind im dargestellten Ausführungsbeispiel einfach zylinderdeckclseitig angeordnete Winkelbohrungen der in F i g. 1 bei 9 angedeuteten Art vorgesehen, die mit einem hier nicht näher dargestellten Anschlußnippel für eine weiterführende Pneumatikleitung versehen sein können. Bei der der F i g. 1 zugrunde liegenden Arbeitsstellung befindet sich die Zahnstange 4 in ihrer linken Endlage, in welcher die linke Druckkammer 8 praktisch so weit verkleinert ist daß der zugeordnete Kolben 5 am benachbarten Zylinderdeckel 7 anliegt Die gegenüberliegende Druckkammer hat in dieser Stellang ihre größte Ausdehnung. Sofern nun die in F i g. 1 dargestellte linke Druckkammer 8 mit Druckluft beaufschlagt wird, verschiebt sich die Zahnstange 4 nach rechts, wodurch das hiermit zusammenwirkende Ritzel 3 und damit die Welle 2, von welcher das Drehmoment abgenommen werden kann, gedreht werden. Die taktweise Steuerung der Druckluft ist an sich bekannt und bedarf an dieser Stelle daher keiner näheren Erläuterung. Durch entsprechende Variation der Länge der Zahnstange 4 läßt sich in vorteilhafter Weise praktisch jeder gewünschte Drehwinkel des Ritzels 3 bzw. der Anschlußwelie 2 verwirklichen.

An den beiden Zylinderdeckeln 7 ist jeweils ein durch eine Stange oder dergleichen gebildo;jr, in Richtung der Zahnstangenbewegung sich erstreckender Stößel 10 befestigt, der in eine jeweils zugeordnete koaxial hierzu angeordnete Bohrung der Zahnstange 4 eingreift Hierzu ist die Zahnstange 4 im Bereich beider Enden mit jeweils einer auch den jeweils stirnseitig aufgesetzten Kolben 5 durchsetztenden Axialsackbohrung 11 versehen, die mit Hydraulikflüssigkeit beaufschlagbar ist und die im Bereich des Zahnstangenendes bzw. des hierauf jeweils aufgesetzten Kolbens 5 gegenüber dem jeweils zugeordneten Stößel 10 durch eine an sich bekannte Bewegungsdichtung abgedichtet ist. Hierdurch ergeben sich in die Zahnstange 4 integrierte hydraulische Dämpfungskammern, die bei Vergrößerung der jeweils zugeordneten, im dargestellten Ausführungsbeispiel der im jeweils gegenüberliegenden Zylinder 6 angeordneten Druckkammer 8 verkleinert werden bzw. aus denen hierbei Hydraulikflüssigkeit verdrängt wird, der zur Vergleichmäßigung der Bewegung der Zahnstange 4 und damit auch des Ritzels 3 und der Anschlußwelle 2 ein gewisser Strömungswiderstand entgegengesetzt wird. Hierzu sind, wie in F i g. 2 dargestellt, innerhalb der den durch die Bohrungen 11 gebildeten Dämpfungskammern zugeordneten Strömungswegen 13 Strömungsdrosselventile 14 vorgesehen bzw. diese Strömungswege 13 selbst als entsprechende Strömungsdrosseln ausgebildet.

Bei dem in F i g. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Stößel 10 zur Bildung eines Strömungswegs für die Hydraulikflüssigkeit mit jeweils einer zentralen Bohrung 15 versehen, welche im Bereich des freien Stößelendes in die jeweils hiervon begrenzte Däirpfungskammer und deckelseitig in eine Radialbohrung 16 n.ünuei. an welche mittels eines Anschlußnippels ein Schlauch bzw. ein Rohr angesetzt sein kann Die hierdurch gebildeten, den einander jeweils gegenüberliegenden Dämpfungskammern zugeordneten Strömungswege können zur Bildung eines geschlossenen Systems einfach miteinander verbunden sein, so daß die aus der sich verkleinernden Dämpfungskammer verdrängte Hydraulikflüssigkeit direkt der im selben Maße sich vergrößernden Dämpfungskammer zugeführt wird. Bei dem in F i g. 2 angedeuteten Ausführungsbeispiei führen die den Dämpfungskammern zugeordneten Strömungswege 13 über einen gemeinsamen Druckbzw. Ausgleichsbehälter 17, der mit einer bewegbaren.

durch eine Feder 18 beaufschlagten Wund IS versehen ist. Der Druck- bzw. Ausgleichsbehälter 17 ermöglicht in vorteilhafter Weise einen Mengenausgleich, so daß auch beim Auftreten von Leckverlusten stets eine vollständige Füllung der Dämpfungskammern gewährleistet ist. · Dasselbe gilt auch für den Fall. dalS die einander gegenüberliegenden Dämpfungskammern der Zahnstange 4 unterschiedliches Fassungsvermögen aufweisen. Normalerweise ist die vorstehend umrisscnc Drosselwirkung im Bereich des gesamten Hubs der '» Zahnstange 4 erwünscht. In diesen Fällen entspricht die freie Länge der Stößel IO jeweils /umindest dem Hub der Zahnstange 4. Dasselbe gilt selbstverständlich für die die Dämpfungskammern bildenden Axialsackbohrungen It. Zweckmäßig sind die Stößel 4 b/w. die :■ jeweils zugeordneten Axialsackbohrungen 11 jeweils etwas langer ausgeführt, so daß auch in den Endstellungen ein zuverlässiger Eingriff vorhanden ist. Die in Fig. 2 bei 14 angedeuteten Strömungsdrosselventile können etwa in die Bohrungen 15 bzw. 16 von Stößel 10 .·' bzw. Zylinderdeckel 7 oder einfach in die hieran angeschlossene Schlauch- bzw. Rohrleitung eingebaut sein.

Im dargestellten Ausfuhrungsbeispiel sind die .Strömungsdrosselventile 14 automatisch einstellbar, wie in F i g. 2 durch entsprechende Stellstangen 20 angedeutet ist. Hierdurch ist es möglich, die Slrömungsdrosselventi-Ie 14 so zu steuern, daß praktisch jede Bewegungskurve der Zahnstange 4 und damit tier Anr.chlußwelle 2 bewerkstelligt werden kann. Die Steilhängen 20 werden im dargestellten Ausfiihrungsbeispicl durch eine von der Zahnstange 4 angetriebene, /weckmäßig einfach an das Ritzel 3 angeflanschte Nockenscheibe der in Fig. I bei 21 angedeuteten Art betätigt. Hierzu sind im dargestellten Ausführungsbeispiel entsprechend gegeneinander versetzte Tastorgane 23 vorgesehen, welche auf nicht näher dargestellte Weise auf jeweils eine zugeordnete Stellstange 20 einwirken. Im dargestellten Ausführiingsbeispiel ist beiden Strömungsdrosselventilen jeweils eine Nockenscheibe 21 zugeordnet, so daß sich eine taktweise gegeneinander versetzte, aber ansonsten gleiche Steuerung der beiden Strömungsdrosselventile 14 ergibt. Sofern unterschiedliche .Steuerkennlinien erwünscht sind, läßt sich dies einfach durch Verwendung von Einzelsteuerscheiben erreichen.

Hier/u 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Pneumatischer Schwenk- und/oder Drehantrieb mit einem Gehäuse, mit einander gegenüberliegenden Druckkammern, mit einem Ritzel, das im Gehäuse angeordnet ist mit stirnseitig an einer Zahnstange angeordnetem Kolben, wobei die Zahnstange mit dem Ritzel zusammenwirkt das Gehäuse durchsetzt und durch gegenläufige Druckbeaufschlagung der Druckkammern hin- und herbewegbar ist und mit einander gegenüberliegenden Dämpfungskammern, die den Druckkammern zugeordnet sind und gegensinnig zur jeweils zugeordneten Druckkammer mit Hydraulikflüssigkeit beauf- is schlagbar sind, wobei die Dämpfungskammern strömungsmäßig miteinander verbunden und über ein einstellbares Strömungsdrosselventil entleerbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß am anderen Ende der Zahnstange (4) ein zweiter Kolben (5) angeordnet und jedem der Kolben (5) eine der Druckkammern (8) zugeordnet ist daß die Dämpfungskammern durch Axialsackbohrungen (11) an den Enden der Zahnstange (4) gebildet sind, daß in die Axialsackbohrungen (11) zylinderdeckelseitig befestigte Stößel (10) eingreifen, und daß die den Axialsackbohrungen (11) zugeordneten Strömungsdrosselventile (14) mittels Stellelementen (20,21,23) in Abhängigkeit von der Stellung der Zahnstange (4) stetig auf einen Momentanwert einstellbar sind.

2. Antrieb : ach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stößel (iO) jewels eine Axialbohrung (15) aufweisen, die einerseits in die zugehörige Axialsackbohrung (11) und andererseits in eine zylinderdeckelseitige Radialbohrung (16) mündet.

3. Antrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Axialsackbohrung (11) jeweils eines der Strömungsdrosselventile (14) zugeordnet ist.

4. Antrieb nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich- « net, daß die die Strömungsdrosselventile (14) einstellenden Stellelemente mindestens eine Nockenscheibe (21) aufweisen.

5. Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungswege (13) zur strömungsmä- <s ßigen Verbindung der beiden Dämpfungskammern an einen gemeinsamen Druck- bzw. Ausgleichsbehälter (17) angeschlossen sind.