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Die Erfindung bezieht sich auf ein fluidbetriebenes
Antriebselement mit einem Kammerteil mit wenigstens einer Kammer, der
ein Druckfluid zugeführt werden kann, einem Träger, der in dem
Kammerteil in einer solchen Weise befestigt ist, daß er sich
um eine Rotationsachse drehen kann, und der mit einem Objekt
verbunden werden kann, das gedreht werden soll, und einem
Tauchkolben, dessen Längsachse sich in Form eines Kreisbogens
erstreckt, und dessen Achse, die sich durch den Mittelpunkt
des Kreises und senkrecht zu der Kreisebene erstreckt, mit der
Rotationsachse des Trägers zusammenfällt, wobei der
Tauchkolben so angeordnet ist, daß daß er um die Rotationsachse
drehbar ist, und in die Kammer ragt, und mit dem Träger
verbunden ist, wobei der Tauchkolben über eine
Dichtungsvorrichtung abgedichtet durch eine Öffnung in der Kammer geführt
ist, und es einen Spielraum zwischen der Oberfläche jenes
Bereiches des Tauchkolbens, der in der Kammer angeordnet ist,
und den Kammerwänden gibt.
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Antriebselemente dieser Art können zur Steuerung und zum
Betrieb von Ventilen und dergleichen verwendet werden, für den
Betrieb von Steuerungsorganen bei Luftfahrzeugen, wie
Steuermotoren usw.. Jedoch haben solche Antriebselemente
Schwierigkeiten, die großen radialen Kräfte, welche ausgeübt
werden, ohne elastische Verformung des Tauchkolbens und
dadurch bedingte falsche Positionierung im Verhältnis zu
benachbarten Teilen zu absorbieren. Solch eine Verformung oder
falsche Positionierung kann zu einer Verschlechterung in der
Leistung dieser Teile und einem dauerhaften Schaden an dem
Kammerteil oder dem Tauchkolben führen.
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Aus EP 0 098 614 ist ein in der Einleitung erwähntes
Antriebselement bekannt, bei dem den Kräften, welche durch den
hydraulischen Druck verursacht und gegen den Kolben ausgeübt
werden, durch den Träger alleine entgegengewirkt wird. Daher
wird der Kolben auch beträchtlichen Biegemomenten ausgesetzt.
Zusätzlich zu dieser ungünstigen Belastung des Kolbens macht
die daraus resultierende Auslenkung des Kolbens ein
kompliziertes, bewegliches Verschlußmittel an den Stellen
erforderlich, an denen der Kolben in die Kammerteile
eingeführt wird.
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Aus US 3 444 788 ist es bekannt, daß der Tauchkolben
außerhalb des Kammerteils erstreckt werden kann, um einen
vollständigen Kreisbogen zu bilden. Weiterhin ist der
Tauchkolben als Teil eines zentralen Trägerteiles
ausgestaltet. In diesem Fall werden die radialen Kräfte durch das
Trägerteil und spezielle, in dem Zylinderteil vorgesehene
Trägerelemente absorbiert. Eine Ausgestaltung dieser Art hat
jedoch den Nachteil, daß es einen sehr begrenzten
Arbeitsbereich hat. Darüber hinaus ist der Trägerteil mit dem
Tauchkolben fest verbunden, was während der Montage und
Demontage Probleme verursacht und dann, wenn das
Antriebselement an Ventilspindeln angeschlossen werden muß, welche von
unterschiedlicher Länge und Durchmesser sein können.
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Nach dem norwegischen Patent 133 678 der Anmelderin ist
zum Absorbieren und Ausgleichen der großen Kräfte, die
ausgeübt werden können, eine weitere Vorrichtung bekannt. Eine
Tauchkolbenstange in Gestalt eines Kreisbogens mit einem
rechtwinkligen Querschnitt ist mit einem kurzen Kolben mit
einem rechtwinkligen Querschnitt verbunden. Der Kolben ist
innerhalb eines Zylinders vorgesehen, welcher ebenfalls einen
rechtwinkligen Querschnitt aufweist und welcher sich entlang
eines Kreisbogens von 180º erstreckt. Die Tauchkolbenstange
erstreckt sich außerhalb des Zylindergehäuses von einer Seite
des Kolbens zu seiner anderen Seite. Um die radial ausgeübten
Kräfte zu absorbieren und auszugleichen und dadurch
zerstörende Abnutzung und Verschleiß zu vermeiden, die unter
anderem darauf zurückzuführen sind, daß die Tauchkolbenstange
in Berührung mit dem Endteil des Zylinderraumes kommt, und um
zu verhindern, daß sich der Kolben festfrißt, sind zwei
einander gegenüberliegende Seiten der rechtwinkligen
Tauchkolbenstange in solcher Weise vorgesehen, daß sie gegen zwei
benachbarte Stützwände in dem Zylinderraum gleiten. Durch
diese Maßnahmen werden eine große Stützoberfläche und die
Möglichkeit, große Antriebskräfte zu übertragen, geschaffen.
Der Zylinderraum, der Kolben und die Tauchkolbenstange müssen
jedoch mit äußerst kleinen Toleranzen hergestellt werden, ein
Verfahren, welches teuer ist und anspruchsvolle Arbeit
erfordert.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein Antriebselement der in
der Einleitung beschriebenen Art zu schaffen, welches nicht
mit den oben geschilderten Nachteilen behaftet ist.
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Die Eigenschaften des erfindungsgemäßen Antriebselementes
sind durch die in den vorgesehenen Ansprüchen genannten
Merkmale gekennzeichnet.
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Die Erfindung wird im Folgenden im Detail unter
Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben, welche ein
Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Antriebselementes
schematisch darstellt.
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Figur 1 zeigt einen Schnitt entlang der Linie I-I in
Figur 2 durch ein Antriebselement gemäß der Erfindung.
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Figur 2 zeigt einen Schnitt entlang der Linie II-II durch
das in Figur 1 gezeigte Antriebselement.
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Figur 3 ist eine perspektivische Ansicht des in den
Figuren 1 und 2 dargestellten Antriebseleinentes, in welcher
einige Komponenten entfernt, und verbleibende Komponenten von
einander weggezogen und Abschnitte weggeschnitten worden sind.
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Wie die Figuren zeigen, weist das Antriebselement ein
Kammerteil 1, einen Tauchkolben 2, einen Träger 3 und eine
Stützvorrichtung 4 auf.
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Das Kammerteil 1 ist im Wesentlichen zylindrisch und hat
obere und untere kreisförmige, scheibenförmige Wandabschnitte
5, 6, welche jeweils mittels radialer äußerer und innerer
Wandabschnitte 7 und 8 in Gestalt von koaxialen, hohlen,
kreisförmigen Zylinderabschnitten untereinader verbunden sind,
welche außerhalb von Ebenen 25, 26 liegen, welche sich unter
einem gegenseitigen Winkelabstand durch die Längsachse 50 des
Kammerteils erstrecken. Außerdem sind die Wandabschnitte 5,
6 untereinander über einen sich radial erstreckenden
Wandabschnittbereich 9 verbunden, welcher auf halbem Wege zwischen
den oben erwähnten Ebenen liegt, und welcher sich durch die
radialen äußeren und inneren Wandabschnitte 7, 8 erstreckt.
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Daher definieren die Wandabschnitte 5, 6, 7, 8 und 9 zwei
im Querschnitt rechtwinklige oder quadratische, kurvenförmige
Kammern 12, 13, welche sich über einen Winkelabstand
erstrecken, welcher ungefähr der Häfte des Winkelabstandes
zwischen den Ebenen 25, 26 entspricht, daß der Abschnitt der
oberen und unteren Wandabschnitte 5, 6, welche nicht durch die
radialen äußeren und inneren kreisförmigen Abschnitte
untereinander verbunden sind, einen oberen und einen unteren
Flansch- oder Lippenabschnitt 14, 15 bilden. Die Kammern 12,
13 haben Endöffnungen 14, 15, welche in den Endflächen 27, 28
enden, welche sich in den Ebenen 25, 26 erstrecken. Durch die
Wand jeder Kammer hindurch gibt es Bohrungen 29, 30, durch
welche die Kammern an eine Druckfluidquelle oder ein
Rückführrohr für das Druckfluid angeschlossen werden können.
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In dem radial inneren Wandabschnitt 8 und den oberen und
unteren Wandabschnitten 5, 6 erstreckt sich eine axiale,
zentrale Bohrung 16, in welcher ein Träger 3 mit einem sich
radial erstreckenden Arm 18, welcher zwischen den Endflächen
27, 28 heraustritt, drehbar montiert ist. In dem Träger ist
weiterhin eine zentrale, sich axial erstreckende Bohrung 19
mit einer sich axial erstreckenden Schlüsselführung 20
vorgesehen, wobei die Bohrung 19 und die Schlüsselführung 20
so angeordnet sind, daß sie einen Ventilstößel oder
dergleichen oder einen Schlüssel, der hiermit verbunden ist
(nicht gezeigt), zum Drehen des Ventilstößels durch den Träger
3, gleitend aufnehmen. Ein Endabschnitt des Trägers 3 ist mit
einem Flansch 21 ausgestattet, wodurch er auf dem oberen
Wandabschnitt 5 ruht, und auf dem zweiten Endabschnitt,
welcher unterhalb des unteren Wandbereiches 6 hervortritt,
sind Gewinde vorgesehen, auf die eine Mutter 22 aufgeschraubt
ist, wodurch Gleitscheiben 23, 24 zwischen dem Flansch und der
Mutter und den benachbarten Wandabschnitten vorgesehen werden
können.
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Das Stützteil 4 umfaßt eine Stützwand 31, welche als
Abschnitt eines Zylinders vorgesehen ist, der ungefähr die
gleiche Dicke und den gleichen Radius, wie die radialen
äußeren Wandabschnitte 7 des Kammerteils hat, und welcher zwei
hülsenförmige Endabschnitte 32, 33 hat. Daher ist in jedem der
Endabschnitte 32, 33 ein Durchlaß 34, 35 vorgesehen, welcher
in den Endflächen 38, 39 endet, die in den jeweiligen Ebenen
40, 41 liegen, die sich unter einem tatsächlichen
Winkelabstand erstrecken, welcher dem Winkelabstand zwischen den
oben erwähnten Ebenen 25, 26 entspricht. In jeder Endfläche
38, 39 sind Rillen vorgesehen, welche sich um die Öffnungen
34 bzw. 35 erstrecken und in denen sich jeweils eine Packung
42 bzw. 43 befindet, und in dem Durchlaß 34, 35 ist eine
kreisförmige, radial nach innen weisende Rille für eine
Packung 44 bzw. 45 vorgesehen. Die radial nach innen weisende
Seite der Stützwand 31 ist mit reibungsminderndem Belag 46
beschichtet.
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In dem Abschnitt der oberen und unteren Wandabschnitte
5, 6, welcher nahe dem Umfang dieser und axial durch die
Stützwand 31 des Stützteils gelegen ist, sind Löcher für
Schrauben 17 vorgesehen, die in der Zeichnung durch
strichpunktierte Linien angedeutet sind, wodurch das Stützteil 4 an
dem Kammerteil 1 befestigt werden kann, nachdem es zwischen
den Lippenabschnitten 10, 11 angeordnet und die Endflächen 27,
28 des Kammerteils veränlaßt worden sind, an die jeweiligen
Endflächen 38, 39 des Stützteils 4 zu stoßen, wodurch die
Packungen 42, 43 abdichtend zwischen den sich
gegenüberliegenden Endflächen angeordnet werden.
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Anstelle von oder zusätzlich zu den oben erwähnten
Löchern und Schrauben können z. B. Flansche mit durchgängigen
Schrauben an den Endflächen vorgesehen werden, wodurch diese
fest aneinander gezogen werden können.
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Durch die Durchlässe 34, 35 des Stützteils 4 ist ein
Tauchkolben 2 geführt, dessen Längsachse sich entlang eines
Kreisbogens erstreckt. Die Länge des Tauchkolbens ist so groß,
daß einer seiner Endbereiche leicht in eine der Kammern 12
hineinragt, wenn sich sein zweiter Endbereich 13 nahe der sich
radial erstreckenden Wand 9 befindet und umgekehrt. Zum
Beispiel kann der Tauchkolben sich über einen Kreisbogen von
270º erstrecken. Darüber hinaus sind die Endöffnungen 14, 15
zu groß ist und der Tauchkolben 2 derart an das Kammerteil 1
angepaßt, daß die Endabschnitte des Tauchkolbens in die
Endöffnungen 14, 16 des Kammerteils eingesetzt werden können,
wenn das Stützteil 4 bei durch die Endabschnitte 32, 33
geführten Tauchkolben symmetrisch im Verhältnis zu einer
axialen Ebene liegt, welche sich auf halbem Wege zwischen den
Endöffnungen 14, 15 erstreckt und zwischen die
Lippenabschnitte 10, 11 zur Arretierung des Stützteils 1 eingesetzt
ist.
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In seinem zentralen Abschnitt hat der Tauchkolben eine
radial nach innen weisende Rille 47, deren Breite an die
Breite des Arms 18 angepaßt ist. Während des Zusammenbaus wird
der Träger 3 derart positioniert, daß der Arm sich in dieser
axialen Ebene erstreckt, und somit bewirkt, daß der Arm 18
gleichzeitig in die Rille 47 eingesetzt wird.
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Der Arm 18 kann mit einer Vorrichtung ausgestattet sein,
z. B. zwei Schrauben 48, 49, wodurch der Hub des Tauchkolbens
eingestellt werden kann, wobei die beiden Schrauben so
angeordnet sind, daß sie an jeweilige Oberflächenabschnitte
der Endbereiche 32, 33 des Stützteils 4 stoßen.
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Die Betriebsweise des Antriebselementes ist
folgendermaßen.
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Wenn, zum Beispiel, die Bohrung 30 des Kammerteils 1 mit
einer Druckfluidquelle und die Bohrung 29 mit einem
Rückführrohr hierfur verbunden ist, kompensieren sich die durch den
Druck der Flüssigkeit gegen den Tauchkolben verursachten
hydrostatischen Kräfte gegenseitig mit Ausnahme solcher
Kräfte, die den Tauchkolben aus der Kammeröffnung 15 in die
Öffnung 14 herauszudrücken versuchen. Eine Ventilspindel oder
dergleichen, welches drehbar mit dem Träger 3 verbunden ist,
wird dadurch so lange gedreht, bis der Tauchkolben so weit
gemäß Figur 1 im Uhrzeigersinn gedreht worden ist, daß die
Einstellschraube 49 gegen den Endabschnitt oder Hülse 32 des
Stützteils stößt.
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Durch ein dann erfolgendes Verbinden der Bohrung 29 des
Kammerteils mit der Druckfluidquelle und der Bohrung 30 mit
dem Rückführrohr, wird der Tauchkolben 2 gegen den
Uhrzeigersinn bewegt und der Ventilspindel gedreht, bis die
Einstellschraube 48 gegen den Endabschnitt 33 des Stützteils 4
anliegt. Im Verlauf dieser Bewegungen des Tauchkolbens wird
dieser mit einer Kraft gegen den reibungsmindernden Belag des
Stützteils gedrückt, welche der Kraft entspricht, die das
Resultat der Druckfluidkraft und der dagegen gerichteten
Gegenkraft ist, welche von dem Trägerarm 18 ausgeübt wird.
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Mit diesem Antriebselement besteht daher keinerlei
Notwendigkeit fur eine Feinendbearbeitung der
Kammeroberfläche. Lediglich die äußeren Oberflächen benötigen eine
Behandlung, z. B. die Endflächen 27, 28 und solche
Oberflächen, welche für den Träger Montageflächen darstellen.
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Aufgrund der axial durchgehenden Mitnehmernut 47 ist es
eine einfache Angelegenheit, den Träger aus dem Kammerteil und
dem Tauchkolben zu lösen. Dadurch kann er leicht gesondert an
eine Ventilspindel angepaßt und möglicherweise mit dieser
zusammen auf dem Kammerteil angebracht werden. Zu einem
Antriebselement gehörende Träger können daher an
unterschiedliche Ventilspindeln angepaßt sein und bilden
Zwischenverbindungsstücke, um das Antriebselement an verschiedene
Ventile anzupassen.
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Ein Drucktest des Antriebselementes kann ohne den Träger
durchgeführt werden.
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Wenn der reibungsmindernde Belag 46 aus einem ersetzbaren
Gleitteil besteht, kann die Wartung des Antriebselementes
vereinfacht werden.
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Da solche Abschnitte des Tauchkolbens, die in die Kammern
hineinragen, nicht durch Biegemomente betroffen sind, wird der
Tauchkolben nicht verformt. Aufgrund des Spiels zwischen dem
Tauchkolben und den Kammerwänden geschieht keine Abnutzung und
keine Leckagen, was von einer gegenseitig unvorteilhaften
Anordnung dieser Komponenten hätte verursacht werden können.
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Die Endabschnitte 32, 33 des Stützteils, welche die
Verpackungen 42-45 stützen, können als lose Hülsen vorgesehen
sein, die gesondert an den Endflächen 27, 28 des Kammerteils
eingesetzt werden können, nachdem das Stützteil in das
Kammerteil eingeführt worden ist, wonach die Abstützung mit
dieser Kammerteil-Hülsen-Anordnung verbunden werden kann.
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Obwohl es ein doppelt wirkendes Antriebselement ist,
welches zuvor beschrieben worden ist, ist es offensichtlich,
daß es stattdessen auch ein einfach-wirkender sein kann, und
zum Beispiel eine Vorrichtung, z. B. ein Rückzugsfeder,
vorgesehen sein kann, um den Tauchkolben in eine
Ausgangsposition zurückzuführen.
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Weiterhin ist klar, daß der Träger 3 in dem Kammerteil
1 auf eine andere Art und Weise angebracht werden kann, und
daß diese Befestigungsflansche oder dergleichen aufweisen
kann, um das Kammerteil an einer stationären Stützvorrichtung
zu befestigen.