DE29803411U1

DE29803411U1 - Nichtelektrischer Schrittschaltantrieb zur Erzeugung umkehrbarer, linearer oder rotatorischer Bewegungen

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Publication number: DE29803411U1
Application number: DE29803411U
Authority: DE
Original assignee: PANATEC FLUGTECHNISCHE ENTWICK
Current assignee: PANATEC FLUGTECHNISCHE ENTWICK
Priority date: 1998-02-27
Filing date: 1998-02-27
Publication date: 1998-08-13
Anticipated expiration: 2008-02-28

Description

Nichtelektrischer Schrittschaltantrieb zur Erzeugung umkehrbarer, linearer oder rotatorischer Bewegungen

Beschreibung .

Die Erfindung betrifft einen nichtelektrischen Schrittschaltantrieb zur Erzeugung einer umkehrbaren, linearen oder rotatorischen Bewegung.

Bekannt sind Schrittschaltantriebe zur Erzeugung umkehrbarer linearer oder rotatorischer Bewegungen in Form elektrischer Schrittmotore, bei denen durch die Anordnung mehrerer elektromagnetischer Systeme in einem zumeist feststehenden Teil und eines beweglichen Teiles in Form eines Rotors oder einer Schubstange bei geeigneter Ansteuerung der Elektromagnete Bewegungsschritte definierter Größe erzeugt werden. In bestimmten Anwendungen, beispielsweise beim Aufbau von Vorrichtungen zum Messen im elektromagnetischen Feld, ist die Wirkung der elektrischen und magnetischen Felder von stark störender Wirkung, so daß nach einem vergleichbaren Antrieb ohne elektrische Antriebsenergie gesucht wird. Desweiteren ist beispielsweise bei Messungen im elektromagnetischen Feld bereits , der Einsatz von metallischen Werkstoffen nicht zu vertreten.

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Nichtelektrische Antriebe zur Erzeugung kontinuierlicher Bewegungen sind als pneumatische oder hydraulische Kolbenantriebe bekannt. Diese erlauben eine kontinuierliche Linearbewegung. Mit zusätzlichen mechanischen Hilfsmitteln kann die lineare Bewegung auch in eine Winkelbewegung umgesetzt werden. Für die Winkelbewegung sind auch speziell konstruierte Schwenkantriebe, z.B, in Kombination mit Zahnstangen bekannt. Die Linearbewegung wie die Winkelbewegüng sind auf einen konstruktiv bedingten Verfahrweg beschränkt. Sollen innerhalb des Verfahrweges mehrere Positionen angefahren werden, erfordern die bekannten Antriebe den Einsatz von Weg-oder Winkelmeßsystemen oder Positionssensoren und die Regelung der Kolbenposition durch eine Druckregelung in den Antrieben.

Mit dem Patent Nr. 2828448 (Festo) ist ein pneumatisches Schrittgetriebe bekannt, bei dem über ein Schaltmechanismus eine lineare Kolbenbewegung in einen

J5 Winkelschritt umgesetzt wird. Die aufeinanderfolgende Ansteuerung des Kolbens erlaubt dann eine fortlaufende Drehbewegung in einzelnen Schritten. Nachteilig bei dieser Lösung ist, daß durch den Schaltmechanismus die Bewegung nur in eine Richtung erfolgen kann, da die Umkehrung durch den Schaltmechanismus gehemmt wird. Nachteilig ist auch die Anzahl mechanisch bewegter Teile, die zur Erzeugung eines Schrittes erforderlich sind.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen einfachen Schrittschaltantrieb zu schaffen, der eine umkehrbare, lineare oder rotätorische Bewegung ohne elektrische Antriebsenergie erzeugen kann. _;; v: :

Diese Aufgabe wird ausgehend von einer Vorrichtung laut Oberbegriff des Hauptanspruches durch dessen kennzeichnende Merkmale gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Bei dem erfindungsgemäßen Schrittschaltantrieb wird die umkehrbare, lineare oder rotatorische Bewegung durch mehrere, mindestens aber drei pneumatisch

angetriebene Schaltstücke (2, 8) erzeugt, die in einem gemeinsamen Grundkörper (1,7) geführt sind und die zu einem in gleichmäßiger Teilung gezahntem Gegenstück (5, 10), welches wiederum zu dem Grundkörper mit den Schaltstücken beweglich angeordnet ist, in einer zweiten Teilung derart angeordnet sind, daß sich die Teilung der Schaltstückstellung von der Zahnteilung des Gegenstückes unterscheidet und durch die Bewegung jeweils eines Schaltstückes ein Eingriff des Schaltstückes in die Zahnung des Gegenstückes erfolgt. Durch den Teilungsversatz zwischen den Schaltstücken und dem verzahnten Gegenstück sowie durch die relative Beweglichkeit zwischen dem verzahnten Gegenstück und den im

Grundkörper geführten Schaltstücken wird ein Bewegungsschritt erzwungen. :

Solange das Schaltstück mit dem verzahnten Gegenstück im Eingriff steht, ist die Position fixiert und es bedarf keiner weiteren Regelung zur Aufrechterhaltung der Position. Durch die geeignete Aufeinanderfolge der Bewegung der einzelnen Schaltstücke kann der Grundkörper mit den Schaltstücken relativ zum verzahnten

Gegenstück umkehrbar schrittweise bewegt werden. .

In der einfachen Form sind drei Schaltstücke (2) als Druckkolben ausgeführt und in

'■; drei Bohrungen (3) eines Grundkörpers (1) radial um eine Achse (4) angeordnet, die das als Zahnrad ausgebildete verzahnte Gegenstück (5) aufnimmt. Die Bohrungen des Grundkörpers bilden die Druckzylinder, in denen sich die Schaltstücke hin und her bewegen können. Durch eine Druckerhöhung in den Druckzylindern wird das Schaltstück zum verzahnten Gegenstück bewegt, greift in die Verzahnung ein und dreht das Gegenstück entsprechend dem Teilungsversatz relativ zum Grundkörper. Solange der Druck im Druckzylinder aufrechterhalten bleibt, wird die Stellung von Grundkörper mit Schaltstücken und verzahntem Gegenstück fixiert. Wird der Druckzylinder des im Eingriff befindlichen Schaltstückes entlastet, kann durch das nächste Schaltstück ein neuer Schritt eingeleitet werden. Dabei wird das vorher im Eingriff befindliche Schaltstück im einfachsten Fall durch die Zahnschräge des verzahnten Gegenstückes aus dem Eingriff geschoben. Unterstützung kann dieses Ausrücken durch eine Feder (6) oder auch durch Einleitung eines gegengeschalteten Druckes über die Grundkörperkammer erhalten.

In einer weiteren Grundform sind die drei Schaltstücke (8) in einer Reihe nebeneinander in einem Grundkörper (7) angeordnet und das verzahnte Gegenstück (10) als Zahnstange ausgebildet. Durch das Schaltstuck wird in diesem Fall eine lineare Relativbewegung zwischen Gegenstück und Grundkörper erzeugt.

Eine Weiterbildung der Erfindung benutzt zum Antreiben der Schaltstücke (8) Rollmembranen (11), an denen die Schaltstücke befestigt sind und die den Druck in der Druckkammer in eine Bewegung des Schaltstückes umsetzen, so daß die Dichtung zwischen Schaltstück und Grundkörper unkritisch wird. Eine einfache Ausführung nutzt zur Bewegungseinleitung bekannte Druckzylinder.

Eine weitere Weiterbildung der Erfindung verbindet die Bauteile Membran, Grundkörper und Schaltstück mit dem Druckvolumen derart, daß die jeweilige Bohrung nur als Sackloch (13) in dem Grundkörper (12) ausgeführt wird und der verbleibende Boden der Bohrung (14) so ausgeformt wird, daß eine membranartige Bewegung möglich wird. Gleichzeitig wird die dem verzahnten Gegenstück zugewandte Seite so ausgeformt (15), daß der Eingriff in die Verzahnung des Gegenstückes erfolgen kann. Die Rückstellung kann dann durch die Federwirkung der Membran unterstützt werden.

Fig. 1 zeigt schematisch eine einfache Ausführung eines nichtelektrischen Schrittschaltantriebes zur Erzeugung einer umkehrbaren Drehbewegung. Im Grundkörper (1) sind drei Schaltstücke (2) in jeweils einer gleichzeitig als Druckzylinder wirkenden Bohrung (3) radial um eine Achse (4) angeordnet, die das als Zahnrad ausgebildete verzahnte Gegenstück (5) trägt. Die Winkelteilung der Anordnung der Schaltstücke ist abweichend zu der des Zahnrades, in diesem Fall auf 7/3 der Winkelteilung des Zahnrades, festgelegt. Die dargestellte Ausführung benutzt zur Unterstützung der Rückstellung des Schaltstückes eine Feder (6), die aber bei geeigneter Gestaltung der Zahnflanken (51) und des Schaltstückeingriffes (21) auch entfallen kann.

Die Fig. 2 zeigt eine einfache Ausführung eines nichtelektrischen Schrittschaltantriebes zur Erzeugung einer umkehrbaren linearen Bewegung. Im Grundkörper (7) sind die drei Schaltstücke (8) nebeneinander in den drei als Druckzylinder wirkenden Bohrungen (9) angeordnet. Das verzahnte Gegenstück ist als Zahnstange (10) in dem Grundkörper verschiebbar gelagert. Die Abstände der Schaltstücke sind abweichend zu denen der Zähne auf der Zahnstange festgelegt, in diesem Fall zu 7/3 der Zahnstangenteilung. Auf die Darstellung einer Rückstellfeder wurde in dieser Ausführung verzichtet.

Die Fig. 3 zeigt die Ausgestaltung der Anordnung eines Schaltstückes (8) im Grundkörper (7) in Verbindung mit einer Rollmembran (11), wobei auf die Darstellung der weiteren Schaltstücke verzichtet wird.

Die Fig. 4 zeigt eine Ausführung der Verbindung von Schaltstück, Membran, Druckkammer und Grundkörper, bei der die Druckkammer als Sackloch (13) im Grundkörper (12) ausgebildet ist und in den Boden des Sackloches eine Membran (14) mit einem angeformten Schaltstück (15) eingeformt wird.

Die Fig.5 erweitert den Aufbau von Fig.4 durch den vorteilhaften Verbund von Membran und Grundkörper (16). Fig.6 und Fig.7 stellen 2 verschiedene Eingriffsphasen der Membran dar.

Claims

i irsprüche

1. Nichtelektrischer Schrittschaltantrieb zur Erzeugung umkehrbarer, linearer oder rotatorischer Bewegung, welcher aus einem Grundkörper, einem im Grundkörper verschiebbaren oder drehbaren, verzahnten Gegenstück und einem druckangetriebenen Schaltstück besteht,

dadurch gekennzeichnet, daß in dem Grundkörper (1, 7) mindestens drei Schaltstücke (2, 8) in jeweils einer Bohrung (3, 9) verschieblich angeordnet sind, weiterhin dadurch gekennzeichnet, daß das verschiebbare, verzahnte Gegenstück (5,10) im Grundkörper (1, 7) derart geführt wird, daß jedes Schaltstück in der einen Endlage in eine Zahnlücke des Gegenstückes eingreifen kann und in der zweiten Endlage keinen Eingriff in das Gegenstück hat, weiterhin dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltstücke in den Bohrungen derart geführt sind, daß sie durch einen Druckwechsel in der Bohrung von einer Endlage in die andere Endlage verschoben werden können und die Abstände der Schaltstücke so gewählt werden, daß stets mindestens ein Schaltstück eine ansteigende Zahnflanke und mindestens ein anderes Schaltstück eine abfallende Zahnflanke trifft.

2. Schrittschaltantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das bewegliche Gegenstück im Grundkörper so geführt wird, daß der Raum im Grundkörper druckdicht ist und durch eine separate Bohrung der Druck in diesem Volumen verändert werden kann

3. Schrittschaltantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltstück zusätzlich durch eine Feder (6) vorgespannt ist, die das Schaltstück in eine als Grundstellung bezeichnete Lage bewegt.

4. Schrittschaltantrieb nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltstück mit einer Rollmembran (11) in die Bohrung eingebaut wird, die die Druckdichtung verbessert.

5. Schrittschaltantrieb nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die druckbeaufschlagten Bohrungen im Grundkörper als Sackloch (13) ausgeführt sind und der Boden dieser Bohrungen (14) als eingeformter, elastischer Bereich mit angeformten Schaltelementen das bewegliche Schaltstück (15) bildet.

6. Schrittschaltantrieb nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Boden der Bohrung des Grundkörpers insgesamt eine elastische Membran bildet (16), die sich durch einen Druckanstieg in der Bohrung in das Zahnprofil des Gegenstückes eindrückt und dieses dadurch bewegt.