EP1212537B1 - Wellenlagerung - Google Patents

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EP1212537B1
EP1212537B1 EP00958486A EP00958486A EP1212537B1 EP 1212537 B1 EP1212537 B1 EP 1212537B1 EP 00958486 A EP00958486 A EP 00958486A EP 00958486 A EP00958486 A EP 00958486A EP 1212537 B1 EP1212537 B1 EP 1212537B1
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EP
European Patent Office
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shaft
piston
actuator according
cylinder
axis
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EP00958486A
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English (en)
French (fr)
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EP1212537A1 (de
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Peter Hessling
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Crane Process Flow Technologies GmbH
Original Assignee
Alfa Laval Flow GmbH
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Publication date
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B15/00—Fluid-actuated devices for displacing a member from one position to another; Gearing associated therewith
    • F15B15/02—Mechanical layout characterised by the means for converting the movement of the fluid-actuated element into movement of the finally-operated member
    • F15B15/06—Mechanical layout characterised by the means for converting the movement of the fluid-actuated element into movement of the finally-operated member for mechanically converting rectilinear movement into non- rectilinear movement
    • F15B15/065—Mechanical layout characterised by the means for converting the movement of the fluid-actuated element into movement of the finally-operated member for mechanically converting rectilinear movement into non- rectilinear movement the motor being of the rack-and-pinion type

Definitions

  • the present invention relates to a pneumatic Actuator with the features of the preamble of the claim 1.
  • Such an actuator is from the German Utility model G9014487.2 and known from the publication US-17-4167 897.
  • the output shaft with two end shields becomes actuators stored in the housing.
  • the end shields are made by the Inside, which forms the cylinder, in the housing used, and the shaft is also from the inside with external circlips or snap rings in their Fixed axial direction.
  • the assembly of the bearings and the Circlips from the working area of the cylinder a relatively difficult manual task, which causes undesirable costs.
  • the groove can be particularly simple in the manufacture of the Well be attached if it is a wraparound recessed groove.
  • a symmetrical arrangement which allows the use of two identical pistons, results when each piston has a total of two Toothing adjacent webs. It can also be provided that the work space in the area of Bearings of the shaft in each in a groove sealing rings made of rubber or a Plastic is sealed from the outside.
  • a particularly advantageous method for assembling a so far described actuator results if first the shaft is inserted into the bearings and then the piston or pistons in engagement with the shaft brought so that the shaft without further Fasteners fixed in the axial direction and is held in particular in the storage locations.
  • Figure 1 is a pneumatic according to the invention Actuator with a housing 1, one in the housing an axis 2 rotatably mounted shaft 3 and two Pneumatic pistons 4 and 5 illustrated.
  • the housing 1 forms a cylindrical bore 6 on its inside, in which the pistons 4 and 5 to form a work space are used sealingly.
  • the longitudinal axis of hole 6 is oriented perpendicular to the plane of the drawing in FIG.
  • the pistons 4 and 5 are in the illustration according to FIG. 1 cut in the area of their engagement with the shaft 3.
  • the pistons 4 and 5 each carry one Straight toothing in the manner of a rack 20, which engages with the toothing 12 of the shaft 3 stands.
  • the axial edges of the toothing 20 are adjacent each have a web 21 which is connected to the piston 4 or 5 is integrally formed and in the grooves 11 and 13th intervenes.
  • the housing 1 itself has one in the direction the through axis 2 through hole that the Center axis of the cylinder 6 in the middle and vertically cuts.
  • This bore forms bearing points 22 which the bearings 10 and 14 of the shaft 3 together one Plain bearing for the rotation of shaft 3 about axis 2 forms.
  • the interior is in the area of the bearing points 22 of the cylinder 6 to the atmosphere with not shown sealants, for example in the form of O-rings, sealed.
  • FIG. 2 shows the actuator according to FIG. 1 in one Cross section along the axis of the cylinder 6.
  • the axis 2 of the shaft 3 is in the illustration according to FIG. 2 oriented perpendicular to the Zeirchen plane. Same Components have the same reference numbers.
  • Figure 2 illustrates how the pistons 4 and 5 die Surround shaft 3 symmetrically, the pistons 4 and 5 carry Piston bottoms cooperating sealingly with the cylinder 6 30, where the rack-like area with the Toothing 20 connects.
  • the housing 1 itself is on the End faces of the cylinder bore 6 with plate-shaped Cylinder heads 31 closed.
  • the pistons 4, 5, the Limit cylinder bore 6 and the cylinder heads 31 a total of three work rooms 32, 33 and 34, of which the work rooms 32 and 34 pneumatically parallel are switched and the workspace 33 separately Pressure can be applied.
  • Corresponding connection bores for workrooms 32, 33 and 34 are with the Reference numbers 35, 36 and 37 marked.
  • this actuator is installed by first in the housing 1, more specifically, in the Through hole with the bearings 22, the shaft 3 in Direction of axis 2 is inserted until the position 1 is reached. Then the open Ends of the cylinder bore 6 ago a piston to each Inserted side of the shaft 3 so that the teeth 20 engage synchronously with the toothing 12. At the same time, they engage parallel to the toothing 12 extending webs 21 in the grooves 11, 13. The pistons 4, 5 are then symmetrical in the hole 6 pressed in, whereby the shaft 3 about its axis 2 is rotated, the teeth 12 and 20 into each other engage and slide the webs 21 into the grooves 11, 13. By the positive engagement of the webs 21 in the Grooves 11, 13 is the shaft in the direction of axis 2 fixed without the need for additional fasteners would. The cylinder 6 is now with the cylinder heads 31st sealed and the necessary pneumatic Connections provided.
  • the grooves be as in this Embodiment shown laterally to the Adjacent teeth 12 and pistons 4 and 5 each have two webs 21.
  • the axial guidance of the shaft 3 is then. in the Operation caused only by the flanks of the pistons.

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Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen pneumatischen Aktuator mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
Ein derartiger Aktuator ist aus dem deutschen Gebrauchsmuster G9014487.2 und aus der Druckschrift US-17-4167 897 bekannt. Bei den bekannten Aktuatoren wird die Abtriebswelle mit zwei Lagerschilden in dem Gehäuse gelagert. Die Lagerschilde werden von der Innenseite, die den Zylinder bildet, in das Gehäuse eingesetzt, und die Welle wird ebenfalls von innen her mit Außensicherungsringen oder Sprengringen in ihrer Axialrichtung fixiert. Die Montage der Lager und der Sicherungsringe vom Arbeitsraum des Zylinders her ist eine relativ schwierig auszuführende manuelle Tätigkeit, die unerwünschte Kosten verursacht.
Es ist deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen pneumatischen Aktuator dahingehend zu verbessern, daß die Montage der Welle und der Kolben in dem Gehäuse einfacher erfolgen kann und insgesamt weniger Bauelemente benötigt werden.
Diese Aufgabe wird von einem Aktuator mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Weil vorgesehen ist, daß der Kolben die Welle in ihrer Axialrichtung formschlüssig fixiert, kann die Welle bis zum Einführen des Kolbens axial bewegt werden und so ohne zusätzliche Fixierungselemente an ihre Position gebracht werden. Sobald der Kolben eingesetzt wird, ergibt sich aus dem Formschluß die axiale Fixierung, die im Stand der Technik durch Lagerschilde und Sicherungsringe bewirkt wird.
Dabei ergibt sich eine besonders einfache Ausführungsform, wenn die Welle wenigstens eine in Umfangsrichtung ausgerichtete Nut aufweist, die mit einem in Achsrichtung verlaufenden Steg des Kolbens in Eingriff steht. Wenn weiter die Welle zwei Lagerbereiche aufweist, die Bereiche des größten Durchmessers der Welle bilden, so kann die Welle ohne weiteres von außen her in das Gehäuse eingeführt und im Bereich der Lagerstellen eingepaßt werden. Auf separate Lager kann im wesentlichen verzichtet werden, wenn die Welle in zwei Lagerstellen unmittelbar in dem Gehäuse gelagert ist. Die Lagerung der Welle bleibt nahezu kräftefrei, wenn die Lagerstellen der Welle im wesentlichen den gleichen Durchmesser aufweisen und sich dadurch die Druckbelastung in beiden Richtungen aufhebt. Dies fördert auch die Standzeit der Fixierung der Welle im Bereich der Stege und Nuten.
Die Nut kann besonders einfach bei der Fertigung der Well angebracht werden, wenn es sich um eine umlaufend eingestochene Nut handelt. Eine symmetrische Anordnung, die eine Verwendung von zwei identischen Kolben erlaubt, ergibt sich, wenn jeder Kolben insgesamt zwei der Verzahnung benachbarte Stege aufweist. Es kann auch vorgesehen sein, daß der Arbeitsraum im Bereich der Lagerstellen der Welle mittels in jeweils in einer Nut der Welle einliegenden Dichtringen aus Gummi oder einem Kunststoff gegenüber dem Außenraum abgedichtet ist.
Ein besonders vorteilhaftes Verfahren zur Montage eines insoweit beschriebenen Aktuators ergibt sich, wenn zunächst die Welle in die Lagerstellen eingeführt wird und danach der oder die Kolben in Eingriff mit der Welle gebracht werden, so daß die Welle ohne weitere Befestigungsmittel in Axialrichtung fixiert und insbesondere in den Lagerstellen gehalten wird.
Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung anhand der Zeichnungen beschrieben.
Es zeigen:
Figur 1:
Einen Querschnitt durch einen erfindungsgemäßen Aktuator entlang der Axialrichtung der Welle bei Betrachtung in Richtung der Längsachse des Zylinders; sowie
Figur 2:
einen Querschnitt durch einen Aktuator entlang der Längsachse des Zylinders, wobei die Betrachtungsrichtung mit der Axialrichtung der Welle zusammenfällt.
In der Figur 1 ist ein erfindungsgemäßer pneumatischer Aktuator mit einem Gehäuse 1, einer in dem Gehäuse um eine Achse 2 drehbar gelagerten Welle 3 sowie zwei Pneumatikkolben 4 und 5 veranschaulicht. Das Gehäuse 1 bildet an seiner Innenseite eine zylindrische Bohrung 6, in die die Kolben 4 und 5 zur Bildung eines Arbeitsraumes dichtend eingesetzt sind. Die Längsachse der Bohrung 6 ist in der Figur 1 senkrecht zur Zeichenebene orientiert.
Die Welle 3 ist im wesentlichen rotationssymmetrisch ausgebildet und weist von unten nach oben in der Figur 1 folgende Bereiche auf:
  • Das untere Ende der Welle bildet einen Lagerbereich 10, der auch eine Stelle des größten Durchmessers der Welle 3 darstellt. An den Lagerbereich 10 schließt-eine eingestochene Nut 11 an, die mit einem kastenförmigen Querschnitt versehen ist. Angrenzend an die Nut 11 ist eine Verzahnung 12 nach Art eines Ritzels mit parallel zur Achse 2 orientierten Zahnflanken vorgesehen. Das obere Ende der Verzahnung 12 grenzt wiederum an eine umlaufend eingestochene Nut 13 an, die ihrerseits an einen Lagerbereich 14 grenzt. Der Lagerbereich 14 der Welle 3 schließt ebenso wie der Lagerbereich 10 mit der Außenseite des Gehäuses 1 bündig ab. An dem in Figur 1 oben dargestellten Ende der Welle 3 ist schließlich als Abtrieb des Aktuators ein Zweiflach 15 vorgesehen, wie es üblicherweise verwendet wird.
    • Die Kolben 4 und 5 sind bei der Darstellung gemäß Figur 1 im Bereich ihres Eingriffs mit der Welle 3 geschnitten. In diesem Bereich tragen die Kolben 4 und 5 jeweils eine nach Art einer Zahnstange geradeaus gerichtete Verzahnung 20, die mit der Verzahnung 12 der Welle 3 in Eingriff steht. Die axialen Rander der Verzahnung 20 grenzen an jeweils einen Steg 21 an, der mit dem Kolben 4 bzw. 5 einstückig geformt ist und der in die Nuten 11 bzw. 13 eingreift. Das Gehäuse 1 selbst weist eine in Richtung der Achse 2 verlaufende Durchgangsbohrung auf, die die Mittenachse des Zylinders 6 mittig und vertikal schneidet. Diese Bohrung bildet Lagerstellen 22, die mit den Lagerstellen 10 und 14 der Welle 3 zusammen eine Gleitlagerung für die Drehung der Welle 3 um die Achse 2 bildet. Im Bereich-der Lagerstellen 22 ist der Innenraum des Zylinders 6 gegenüber der Atmosphäre mit nicht dargestellten Dichtmitteln, beispielsweise in Gestalt von O-Ringen, abgedichtet.
    Die Figur 2 zeigt den Aktuator gemäß Figur 1 in einem Querschnitt entlang der Achse des Zylinders 6. Die Achse 2 der Welle 3 ist in der Darstellung gemäß Figur 2 senkrecht zur Zeirchenebene orientiert. Gleiche Bauelemente tragen gleiche Bezugsziffern.
    Die Figur 2 veranschaulicht, wie die Kolben 4 und 5 die Welle 3 symmetrisch umgeben, die Kolben 4 und 5 tragen dichtend mit dem Zylinder 6 zusammenwirkende Kolbenböden 30, an denen sich der zahnstangenartige Bereich mit der Verzahnung 20 anschließt. Das Gehäuse 1 selbst ist an den Stirnseiten der Zylinderbohrung 6 mit plattenförmigen Zylinderköpfen 31 verschlossen. Die Kolben 4, 5, die Zylinderbohrung 6 und die Zylinderköpfe 31 begrenzen dabei insgesamt drei Arbeitsräume 32, 33 und 34, von denen die Arbeitsräume 32 und 34 pneumatisch parallel geschaltet werden und der Arbeitsraum 33 separat mit Druck beaufschlagbar ist. Entsprechende Anschlußbohrungen für die Arbeitsräume 32, 33 und 34 sind mit den Bezugsziffern 35, 36 und 37 gekennzeichnet.
    In der Praxis wird der vorliegende Aktuator montiert, indem zunächst in das Gehäuse 1, genauer gesagt, in die Durchgangsbohrung mit den Lagerstellen 22 die Welle 3 in Richtung der Achse 2 eingeführt wird, bis die Position der Figur 1 erreicht wird. Sodann wird von den offenen Enden der Zylinderbohrung 6 her je ein Kolben zu jeder Seite der Welle 3 hin eingführt, so daß die Verzahnungen 20 synchron mit der Verzahnung 12 in Eingriff kommen. Gleichzeitig greifen die parallel zur Verzahnung 12 verlaufenden Stege 21 in die Nuten 11, 13 ein. Die Kolben 4, 5 werden dann symmetrisch in die Bohrung 6 hineingedrückt, wodurch die Welle 3 um ihre Achse 2 gedreht wird, die Verzahnungen 12 und 20 ineinander eingreifen und die Stege 21 in die Nuten 11, 13 gleiten. Durch den formschlüssigen Eingriff der Stege 21 in die Nuten 11, 13 ist die Welle in Richtung der Achse 2 fixiert, ohne daß weitere Befestigungsmittel erforderlich wären. Der Zylinder 6 wird nun mit den Zylinderköpfen 31 verschlossen und die erforderlichen pneumatischen Anschlüsse vorgesehen.
    Bei der Benutzung des Aktuators wird nun beispielsweise der Arbeitsraum 33 mit Druck beaufschlagt, so daß die Kolben 4 und 5 auseinandergedrängt werden. In der Darstellung gemäß Figur 2 führt dies zu einer Drehung der Welle 3 gegen den Uhrzeigersinn, während die Arbeitsräume 32 und 34 entlüftet werden. Für eine Drehung der Welle 3 im Uhrzeigersinn werden die Arbeitsräume 32 und 34 mit Druck beaufschlagt, während der Arbeitsraum 33 entlüftet wird. Diese Arbeitsweise ist aus dem Stand der Technik bekannt.
    Es wird derzeit bevorzugt, daß die Nuten wie in diesem Ausführungsbeispiel dargestellt seitlich an die Verzahnung 12 angrenzen und die Kolben 4 und 5 jeweils zwei Stege 21 aufweisen. Dabei soll die äußere Begrenzung der Stege 21 im Betrieb mit den äußeren Wandungen der Nuten 11, 13 gleitend in Anlage kommen, während die Stege 21 von der Verzahnung 12 einen geringen Abstand aufweisen. Die axiale Führung der Welle 3 wird dann. im Betrieb lediglich von den Flanken der Kolben bewirkt.
    Als Materialien für einen erfindungsgemäßen Aktuator werden derzeit Aluminium für das Gehäuse 1 und die Welle 3 sowie Kunststoff für die Kolben 4 und 5 bevorzugt. Die Abdichtung im Bereich der Lagerstellen kann durch selbstschmierende Kunststoffe erfolgen. Andere Materialien oder Materialpaarungen sind jedoch ebenso denkbar. Die Lagerung selbst ist im Betrieb nur gering beansprucht, da es sich hier um ein Stellglied handelt, wie es für die Betätigung von Ventilen verwendet wird.

    Claims (11)

    1. Pneumatischer Aktuator mit einem Gehäuse (1), das einen pneumatischen Zylinder (6) umfaßt, mit wenigstens einem in dem Zylinder (6) in Richtung der Achse des Zylinders (6) beweglichen Kolben (4,5), der mit dem Zylinder (6) einen Arbeitsraum (32,33,34) begrenzt, wobei der Kolben (4,5) eine in Richtung der Achse verlaufende Verzahnung (20) trägt, und mit einer um eine Axialrichtung (2) drehbaren Welle (3), deren Axialrichtung (2) senkrecht zu der Achse ausgerichtet ist und die eine Verzahnung (12) trägt, die mit der Verzahnung (20) des Kolbens (4,5) im Eingriff steht, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (4, 5) die Welle (3) in ihrer Axialrichtung (2) formschlüssig fixiert.
    2. Aktuator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet., daß die Welle (3) wenigstens eine in Umfangsrichtung ausgerichtete Nut (11,13) aufweist, die mit einem in Achsrichtung verlaufenden Steg (21) des Kolbens (4,5) in Eingriff steht.
    3. Aktuator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle (3) zwei Lagerbereiche (10, 14) aufweist, die Bereiche des größten Durchmesser der Welle (3) bilden.
    4. Aktuator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle (3) in zwei Lagerstellen (22) unmittelbar in dem Gehäuse (1) gelagert ist.
    5. Aktuator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerstellen (10, 14) der Welle (3) im wesentlichen den gleichen Durchmesser aufweisen.
    6. Aktuator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Nut (11, 13) eine umlaufend eingestochene Nut ist.
    7. Aktuator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Kolben (4,5) insgesamt zwei der Verzahnung (20) benachbarte Stege 121) aufweist.
    8. Aktuator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (4,5) aus einem Kunststoff gefertigt ist.
    9. Aktuator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Arbeitsraum (33) im Bereich der Lagerstellen (11,14) der Welle (3) mittels in jeweils einer Nut der Welle (3) einliegenden Dichtringen gegenüber dem Außenraum abgedichtet ist.
    10. Verfahren zur Montage eines Aktuators nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst die Welle (3) in die Lagerstellen (22) eingeführt wird und danach der oder die Kolben (4, 5) in Eingriff mit der Welle (3) gebracht werden.
    11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet , daß die Welle (3) ohne weitere Befestigungsmittel in den Lagerstellen (22) gehalten wird.
    EP00958486A 1999-08-26 2000-08-22 Wellenlagerung Expired - Lifetime EP1212537B1 (de)

    Applications Claiming Priority (3)

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    DE19940644 1999-08-26
    DE19940644A DE19940644A1 (de) 1999-08-26 1999-08-26 Wellenlagerung
    PCT/EP2000/008191 WO2001014751A1 (de) 1999-08-26 2000-08-22 Wellenlagerung

    Publications (2)

    Publication Number Publication Date
    EP1212537A1 EP1212537A1 (de) 2002-06-12
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    Application Number Title Priority Date Filing Date
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    Country Link
    EP (1) EP1212537B1 (de)
    AT (1) ATE242433T1 (de)
    AU (1) AU6998500A (de)
    DE (2) DE19940644A1 (de)
    ES (1) ES2195932T3 (de)
    WO (1) WO2001014751A1 (de)

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    AU6998500A (en) 2001-03-19
    DE50002472D1 (de) 2003-07-10
    WO2001014751A1 (de) 2001-03-01
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