EP1429037A1 - Fluidbetätigter Dreistellungs-Drehantrieb - Google Patents

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EP1429037A1
EP1429037A1 EP03024778A EP03024778A EP1429037A1 EP 1429037 A1 EP1429037 A1 EP 1429037A1 EP 03024778 A EP03024778 A EP 03024778A EP 03024778 A EP03024778 A EP 03024778A EP 1429037 A1 EP1429037 A1 EP 1429037A1
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EP
European Patent Office
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rotary drive
output shaft
housing
piston
drive unit
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EP03024778A
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EP1429037B1 (de
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Herbert Frisch
Manfred Moritz
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Festo SE and Co KG
Original Assignee
Festo SE and Co KG
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Publication of EP1429037B1 publication Critical patent/EP1429037B1/de
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    • 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
    • F15B15/08—Characterised by the construction of the motor unit
    • F15B15/12—Characterised by the construction of the motor unit of the oscillating-vane or curved-cylinder type
    • F15B15/125—Characterised by the construction of the motor unit of the oscillating-vane or curved-cylinder type of the curved-cylinder type
    • 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
    • F15B11/00—Servomotor systems without provision for follow-up action; Circuits therefor
    • F15B11/08—Servomotor systems without provision for follow-up action; Circuits therefor with only one servomotor
    • F15B11/12—Servomotor systems without provision for follow-up action; Circuits therefor with only one servomotor providing distinct intermediate positions; with step-by-step action
    • F15B11/121—Servomotor systems without provision for follow-up action; Circuits therefor with only one servomotor providing distinct intermediate positions; with step-by-step action providing distinct intermediate positions
    • F15B11/123—Servomotor systems without provision for follow-up action; Circuits therefor with only one servomotor providing distinct intermediate positions; with step-by-step action providing distinct intermediate positions by means of actuators with fluid-operated stops
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • 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
    • F15B15/08—Characterised by the construction of the motor unit
    • F15B15/12—Characterised by the construction of the motor unit of the oscillating-vane or curved-cylinder type

Definitions

  • the invention relates to a fluid-operated three-position rotary drive, with the possibility of an output shaft optionally in one of two end positions or one Position intermediate position.
  • Fluid-operated rotary drives with which an output shaft too an oscillating movement between two end positions can be driven, for example, go from DE 195 11 488 C2 or from DE 691 13 967 T2.
  • the rotary actuator is designed as a rotary piston actuator and has a piston that can be swiveled in a housing, which is non-rotatably connected to an output shaft.
  • By Applying fluid to the swivel piston turns it into a Swiveling movement driven, from which a detectable rotary movement the output shaft results.
  • the principle of operation in The case of DE 691 13 967 T2 is similar, with the rotary drive there however is designed as a ring piston drive with a ring-like plunger that fits in one complementary housing is adjustable.
  • variable adjustable end stops different end positions of the To specify output shaft.
  • Such a positionability offers the in Rotary drive described in DE 41 24 273 A1. More specifically, acts there is a four-position rotary actuator that two end positions and two intermediate positions.
  • the rotary drive contains two rotary drive units, their housing are firmly connected, with the resulting Housing unit is adjustable relative to a piston and the other piston in turn relative to the housing unit is rotatable. Through coordinated activation can thus the output shaft in a total of four positions be positioned.
  • one Positionability in three positions is sufficient the structure for such cases is too complex and too expensive to be profitable to be.
  • the three-position rotary actuator has two rotary actuator units, operated in a coordinated manner can be used to select the output shaft in one of to position three possible positions.
  • the output shaft can be operated by pressing the first one Rotary drive unit rotated between the two end positions and be positioned in each of the two end positions.
  • the second rotary drive unit is inoperative, whereby the freewheeling property hinders movement the output shaft is excluded.
  • the one with the output shaft moving link is easily in the Location due to the depressurized state of the second rotary drive unit to move non-fixed carriers.
  • the second rotary drive unit is in the positioning state moved, which has the consequence that the two drivers approach each other until they reach the one that protrudes between them Intermediate position stop from opposite sides act like a pair of pliers. With this pincer closing movement it will also be between the two drivers protruding coupling member and thus the Output shaft rotated to the intermediate position. With this The process expediently becomes the first rotary drive unit in turn placed in an unpressurized freewheeling state, so that the resistance caused by the coupling element to be carried along is low.
  • an intermediate position stop which is adjustable and is stationary in different positions the first case can fix the position of the Intermediate position can be varied.
  • any other rotational angle positions can also be specified, which realizes both continuously or in a graded manner can be.
  • the Three-position rotary actuator expediently with a suitable one Control circuit equipped, in particular at least contains a valve device.
  • one or both end positions can also be varied be specifiable.
  • Three-position rotary actuator is particularly suitable for operation with compressed air, albeit a hydraulic one Pressure medium used to deliver the driving force can be.
  • the rotary drive 1 contains two combined first and second rotary drive units 2, 3, which are known actuator types can act.
  • first rotary drive unit 2 As special It has proven to be advantageous for the first rotary drive unit 2 as a swing piston drive 2a and the second rotary drive unit 3 as a so-called ring piston drive 3a.
  • the other one should also Description of the embodiment is made, albeit it should be noted that the two Rotary drive units 2, 3 easily by the same Drive type or other drive types than those mentioned can act.
  • the first rotary drive unit 2 contains a first housing 4, in which there is a first housing interior 5, which at least partially has a circular outline.
  • An output shaft extends through the first housing 4 6, which is the center of the first housing interior 5 penetrates and with the one arranged in the first housing interior 5 first piston 7 is rotatably connected.
  • This here first pistons designed as pivoting pistons or pivoting vanes 7 divides the first housing interior 5 into two working chambers 8, 9, in each of which the wall of the first housing 4 passes through fluid channel 12, 13, via which the fluidic pressure medium used in operation supplied or is dissipated.
  • a first valve device 15 connected, which can in particular be activated electromagnetically (Figure 7). Is on a feed connection 16 of the first valve device 15 print medium on, can by appropriate Control of the first valve device 15 in each a working chamber pressure medium supplied and from each other working chamber pressure medium are discharged. This leads to a pivoting movement indicated by a double arrow 17 of the first piston 7, which is a simultaneous rotary movement 18 again indicated by a double arrow the output shaft 6 has the consequence.
  • the axis of rotation be referred to as the central axis 22 and coincides with the longitudinal axis the output shaft 6 together.
  • the output shaft 6 can optionally be positioned in two end positions. These end positions are in the embodiment by two lying in the swivel path of the first piston 7 Fixed end stops 24 specified the pivot path limit the first piston 7. Are in the embodiment the end stops 24 directly from the end walls of the two working chambers 8, 9 formed. However, it can also act as separate slings.
  • variable end positions of the output shaft one or both end stops 24 relative to the first Housing 4 may be adjustable. Then there are too Means are available that fix the end stops 24 enable in the respectively set position.
  • Adjustable end stops are shown in dot-dash lines in FIG 24 'indicated. These can deviate from the representation End stops also effective outside the working chambers 8, 9 be and have, for example, a structure such as that in the DE 19511488 C2 is described.
  • the second rotary drive unit 3 is located on the second Axial side 26 of the first housing 4 and sits there, with respect the central axis 22 freely rotatable, on the output shaft 6th
  • the second rotary drive unit 3 has a second housing 27, which has the shape of a longitudinal section has a torus. The radius of curvature lies on the central axis 22. Via a first bearing part 28, which is the output shaft 6 concentrically encloses the second housing 27 the output shaft 6 rotatably mounted.
  • the second housing 27 defines a second housing interior 32, which follows the shape of the torus section and the closed at one end and open at the other.
  • the first bearing part 28 engages in particular in the closed area In the end. Dive through the open end one designed according to the length section of a ring plunger-like second piston 33 in the second housing space 32 and thus delimits a curved working chamber 34, the length of which depends on how far the second piston 33 in immerses the second housing interior 32.
  • the second piston 33 At its rear end, opposite to that in the second housing 27 engaging end, is the second piston 33 via a second bearing part 35 also on the output shaft 6, rotatable relative to this, stored.
  • the first bearing part 28 also has the second bearing part 35 via an annular bearing section coaxial with the output shaft 6 36th
  • the second housing 27 and the second piston 33 are relative rotatable relative to one another about the central axis 22. You can also independently of one another, again about the central axis 22, relative to the first housing 4 of the first rotary drive unit 2 be twisted.
  • a fluid channel 37 which is connected via a fluid line 38 is connected to a second valve device 42.
  • this can expediently be activated electrically. she can be placed in two switch positions, one in Figure 7 emerging first switching position a pressure source P is switched through, so that the working chamber 34 with Media is applied. In a second switch position the working chamber 34 is depressurized.
  • the second housing 27 and the second piston 33 are each a first or second driver 43a, 43b is provided which participates in the rotary movement of the respective component.
  • the carriers 43a, 43b can, for example, in a structural unit with the two bearing parts 28, 35 are executed. To those in the The two have sides facing each other Carriers 43a, 43b each have a carrier surface 44a, 44b.
  • the coupling member 45 can be angled in an L-shape. Becomes the output shaft 6 through the first rotary drive 2 to one Driven rotary motion, guides the motion-coupled coupling member 45 a corresponding one, indicated by a double arrow Pivotal movement 47 around the central axis 22. In reverse Way leads to one exerted on the coupling member 45 Torque that the coupling member 45 pivots and thus the associated output shaft 6 is rotated.
  • the rotary drive 1 also has an intermediate position stop 48, which between the coupling member 45 the two drivers 43a, 43b protrude. He is regarding the first housing 4 fixed.
  • the intermediate position stop is seated 48 with an annular bearing section 52 freely rotatable on the output shaft 6 and contains a radially connected to the bearing portion 52 protruding, angled stop arm 53 in the adjustment path of the two drivers 43a, 43b protrudes.
  • Fastening means 54 indicated by dash-dotted lines is the stop arm 53 attached to the first housing 4 so that it is this can not be rotated about the central axis 22 can.
  • the intermediate stop 48 takes one certain intermediate position default position, depending on Embodiment of the rotary drive an unchangeable default position or is a variable default position.
  • an unchangeable default position or is a variable default position.
  • Central axis 22 is rotatable and gradually in different Default positions with respect to the first Housing 44 can be fixed, such default positions being exemplary are indicated by points at 56.
  • the second rotary drive unit by corresponding actuation of the second valve device 42 is depressurized so that it is in a freewheeling state occupies in the trapped without disability Compressed air a relative twisting between the second housing 27 and the second piston 33 is possible.
  • the first piston 7 pivoted in one direction or the other, the output shaft 6 performs a rotary movement, the also moving coupling member 45 on the upstream in the direction of rotation Driver 43a or 43b acts and this before pushes itself.
  • the first rotary drive unit 2 In order to obtain the desired intermediate position of the output shaft 6, becomes the first rotary drive unit 2 in turn depressurized, so that now they are in a freewheeling state occupies the first piston 7 and thus the output shaft 6 gives free rotation with respect to the first housing 4.
  • the free running state of the first rotary drive unit 2 results in the embodiment by switching the second valve device 42 into that shown in FIG first switching position, since the feed connection 16 via a supply line 57 connected to the second valve device 42 is and is therefore controlled by this.
  • the second rotary drive unit 3 fed with pressure medium so that it is in one Positioning state. This means that through the Pressurizing the working chamber 34 the second housing 27 and the second piston 33 perform a relative movement, within which the two drivers 43a, 43b are like pliers approach each other. The movement of the respective driver 43a, 43b stops the moment he hits the intermediate stop 48 accumulates.
  • the coupling member 45 With this forceps movement, the coupling member 45 becomes one Carrier loaded and pushed in front of him, in whose travel range is currently protruding.
  • the rotational movement of the coupling member 45 ends when both drivers 43a, 43b with their mutually facing driver surfaces 44a, 44b of opposite Sides against the intermediate position stop 48 and at the same time the coupling member 45 between them hold.
  • a big advantage of the rotary drive is that each of the three positions as part of a continuous movement approached from any position previously assumed can be unlocked without prior mechanical unlocking of any components and without that a stopover of the movement would be required.
  • the two valve devices 15, 42 are expedient Part of an overall designated by reference number 58 Control circuit, to the expediently also one sensors not shown and an electronic Control device belongs to the movement sequences exactly on each other to be able to vote.

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Abstract

Es wird ein fluidbetätigter Drehantrieb vorgeschlagen, der über eine erste Drehantriebseinheit (2) und eine zu dieser koaxiale zweite Drehantriebseinheit (3) verfügt, die derart miteinander in Wechselwirkung stehen, dass sich ein Dreistellungs-Drehantrieb ergibt, der bei kompaktem Aufbau die Möglichkeit bietet, seine Abtriebswelle (6) in insgesamt drei Stellungen zu positionieren. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft einen fluidbetätigten Dreistellungs-Drehantrieb, mit dem die Möglichkeit besteht, eine Abtriebswelle wahlweise in einer von zwei Endstellungen oder einer Zwischenstellung zu positionieren.
Fluidbetätigte Drehantriebe, mit denen eine Abtriebswelle zu einer oszillierenden Bewegung zwischen zwei Endstellungen antreibbar ist, gehen beispielsweise aus der DE 195 11 488 C2 oder aus der DE 691 13 967 T2 hervor. Im erstgenannten Falle ist der Drehantrieb als Schwenkkolbenantrieb konzipiert und verfügt über einen in einem Gehäuse verschwenkbaren Kolben, der mit einer Abtriebswelle drehfest verbunden ist. Durch Fluidbeaufschlagung des Schwenkkolbens wird dieser zu einer Schwenkbewegung angetrieben, aus der eine abgreifbare Drehbewegung der Abtriebswelle resultiert. Das Funktionsprinzip im Falle der DE 691 13 967 T2 ist ähnlich, wobei dort der Drehantrieb allerdings als Ringkolbenantrieb konzipiert ist, mit einem ringähnlich gestalteten Plungerkolben, der in einem komplementären Gehäuse verstellbar ist.
In beiden Fällen besteht zwar die Möglichkeit, durch variabel justierbare Endanschläge unterschiedliche Endstellungen der Abtriebswelle vorzugeben. In beiden Fällen besteht jedoch andererseits keine Möglichkeit, die Abtriebswelle bei Bedarf in einer zwischen den beiden Endstellungen liegenden Zwischenstellung zu positionieren.
Eine derartige Positionierbarkeit bietet zwar der in der DE 41 24 273 A1 beschriebene Drehantrieb. Genauer gesagt handelt es sich dort um einen Vierstellungs-Drehantrieb, der zwei Endstellungen und zwei Zwischenstellungen ermöglicht. Der Drehantrieb enthält zwei Drehantriebseinheiten, deren Gehäuse fest miteinander verbunden sind, wobei die sich ergebende Gehäuseeinheit relativ zu einem Kolben verstellbar ist und wobei der andere Kolben wiederum relativ zur Gehäuseeinheit verdrehbar ist. Durch aufeinander abgestimmte Aktivierung kann somit die Abtriebswelle in insgesamt vier Stellungen positioniert werden. Da bei vielen Anwendungen jedoch eine Positionierbarkeit in drei Stellungen ausreichend ist, ist der Aufbau für solche Fälle zu komplex und zu teuer, um rentabel zu sein.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen fluidbetätigten Drehantrieb zu schaffen, der bei kostengünstigem und kompaktem Aufbau die Möglichkeit bietet, die Abtriebswelle in insgesamt drei Stellungen zu positionieren.
Gelöst wird diese Aufgabe durch einen fluidbetätigten Dreistellungs-Drehantrieb,
  • mit einer ersten Drehantriebseinheit, die ein erstes Gehäuse, einen relativ zum ersten Gehäuse verdrehbaren ersten Kolben und eine drehfest mit dem ersten Kolben verbundene Abtriebswelle aufweist, wobei die Abtriebswelle durch Fluidbeaufschlagung des ersten Kolbens zu einer oszillierenden Drehbewegung um eine Zentralachse zwischen zwei Endstellungen antreibbar ist,
  • mit einem drehfest mit der Abtriebswelle verbundenen, bei der Drehbewegung der Abtriebswelle eine Schwenkbewegung bezüglich der Zentralachse ausführenden Kopplungsglied,
  • mit einer zu der ersten Drehantriebseinheit koaxialen zweiten Drehantriebseinheit, die ein zweites Gehäuse und einen zweiten Kolben aufweist, die relativ zueinander und mit Bezug zu dem ersten Gehäuse um die Zentralachse verdrehbar sind und die jeweils einen bei der Drehbewegung eine Schwenkbewegung bezüglich der Zentralachse ausführenden Mitnehmer aufweisen,
  • und mit einem bezüglich dem ersten Gehäuse ortsfesten Zwischenstellungsanschlag, der wie das Kopplungsglied zwischen die beiden Mitnehmer ragt,
  • wobei die zweite Drehantriebseinheit wahlweise in einen die freie Schwenkbeweglichkeit der Mitnehmer und somit die freie Drehbarkeit der Abtriebswelle zwischen den beiden Endstellungen ermöglichenden drucklosen Freilaufzustand schaltbar ist oder in einen druckbeaufschlagten Positionierzustand, in dem die Mitnehmer sich zangenartig bis zur Anlage an dem Zwischenstellungsanschlag einander annähern, wobei durch Mitnahme des Kopplungsgliedes die mit diesem verbundene Abtriebswelle in eine zwischen den beiden Endstellungen liegende Zwischenstellung verdreht wird.
Der Dreistellungs-Drehantrieb verfügt über zwei Drehantriebseinheiten, die in aufeinander abgestimmter Weise betrieben werden können, um die Abtriebswelle in wahlweise einer von drei möglichen Stellungen zu positionieren. Befindet sich die zweite Drehantriebseinheit im drucklosen Freilaufzustand, kann die Abtriebswelle durch alleiniges Betätigen der ersten Drehantriebseinheit zwischen den beiden Endstellungen verdreht und in jeder der beiden Endstellungen positioniert werden. Die zweite Drehantriebseinheit ist dabei funktionslos, wobei durch die Freilaufeigenschaft ein Behindern der Bewegung der Abtriebswelle ausgeschlossen wird. Das mit der Abtriebswelle mitbewegte Kopplungsglied ist problemlos in der Lage, die aufgrund des drucklosen Zustandes der zweiten Drehantriebseinheit nicht fixierten Mitnehmer zu verschieben. Um die Abtriebswelle in der Zwischenstellung zu positionieren, wird die zweite Drehantriebseinheit in den Positionierzustand versetzt, was zur Folge hat, dass sich die beiden Mitnehmer einander annähern, bis sie den zwischen sie hineinragenden Zwischenstellungsanschlag von entgegengesetzten Seiten her vergleichbar einer Zange beaufschlagen. Bei dieser Zangenschließbewegung wird das ebenfalls zwischen die beiden Mitnehmer hineinragende Kopplungsglied mitgenommen und somit die Abtriebswelle in die Zwischenstellung verdreht. Bei diesem Vorgang wird zweckmäßigerweise die erste Drehantriebseinheit ihrerseits in einen drucklosen Freilaufzustand versetzt, so dass der vom mitzuschleppenden Kopplungsglied verursachte Widerstand gering ist.
Mittels eines Zwischenstellungsanschlages, der verstellbar ist und sich in unterschiedlichen Positionen ortsfest bezüglich dem ersten Gehäuse fixieren lässt, kann die Position der Zwischenstellung variiert werden. Man kann beispielsweise eine Mittelstellung vorgeben, die winkelmäßig genau zwischen den beiden Endstellungen liegt. Darüber hinaus sind aber vorzugsweise auch beliebige andere Drehwinkelstellungen vorgebbar, was sowohl stufenlos oder auch in abgestufter Weise realisiert werden kann.
Um die geschilderte Betriebsweise zu erhalten, ist der Dreistellungs-Drehantrieb zweckmäßigerweise mit einer geeigneten Ansteuerschaltung ausgestattet, die insbesondere mindestens eine Ventileinrichtung enthält.
Bei Bedarf können auch eine oder beide Endstellungen variabel vorgebbar sein. Zu diesem Zweck lassen sich relativ zu dem ersten Gehäuse verstellbare und in variablen Positionen mit Bezug zu dem ersten Gehäuse fixierbare Endanschläge einsetzen.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen aufgeführt.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigen:
Figur 1
eine bevorzugte Bauform des erfindungsgemäßen Dreistellungs-Drehantriebes im Längsschnitt gemäß Schnittlinie I-I aus Figuren 2 bis 4,
Figur 2
einen Querschnitt durch den Drehantrieb aus Figur 1 gemäß Schnittlinie II-II aus Figur 1,
Figur 3
einen weiteren Querschnitt des Drehantriebes gemäß Schnittlinie III-III aus Figur 1,
Figur 4
erneut einen Querschnitt des Drehantriebes gemäß Schnittlinie IV-IV aus Figur 1,
Figuren 5 und 6
den Drehantrieb aus Figur 1 in einer Ansicht vergleichbar der Figur 4 während der Aktivierung bei unterschiedlichen Drehrichtungen, und
Figur 7
ein vereinfachtes Schaltbild des Drehantriebes der Figuren 1 bis 6, wobei die beiden Drehantriebseinheiten zur Vereinfachung der Erläuterung als Linearantriebe gezeichnet sind.
Der in seiner Gesamtheit mit Bezugsziffer 1 versehene fluidbetätigte Dreistellungs-Drehantrieb eignet sich insbesondere für einen Betrieb mit Druckluft, wenngleich auch ein hydraulisches Druckmedium zum Liefern der Antriebskraft eingesetzt werden kann.
Der Drehantrieb 1 enthält zwei miteinander kombinierte erste und zweite Drehantriebseinheiten 2, 3, bei denen es sich um an sich bekannte Antriebstypen handeln kann. Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, die erste Drehantriebseinheit 2 als Schwenkkolbenantrieb 2a und die zweite Drehantriebseinheit 3 als sogenannten Ringkolbenantrieb 3a auszubilden. Anhand dieser beiden Antriebstypen soll auch die weitere Beschreibung des Ausführungsbeispiels erfolgen, wenngleich darauf hingewiesen wird, dass es sich bei den beiden Drehantriebseinheiten 2, 3 ohne weiteres auch um den gleichen Antriebstyp oder um andere als die erwähnten Antriebstypen handeln kann.
Die erste Drehantriebseinheit 2 enthält ein erstes Gehäuse 4, in dem sich ein erster Gehäuseinnenraum 5 befindet, der zumindest partiell einen kreisförmigen Umriss hat.
Durch das erste Gehäuse 4 hindurch erstreckt sich eine Abtriebswelle 6, die das Zentrum des ersten Gehäuseinnenraumes 5 durchsetzt und mit der ein im ersten Gehäuseinnenraum 5 angeordneter erster Kolben 7 drehfest verbunden ist. Der hier als Schwenkkolben oder Schwenkflügel ausgebildete erste Kolben 7 unterteilt den ersten Gehäuseinnenraum 5 in zwei Arbeitskammern 8, 9, in die jeweils ein die Wand des ersten Gehäuses 4 durchsetzender Fluidkanal 12, 13 führt, über den das im Betrieb verwendete fluidische Druckmedium zugeführt oder abgeführt wird.
An die beiden Fluidkanäle 12, 13 ist, unter Vermittlung von Fluidkanälen 14, eine erste Ventileinrichtung 15 angeschlossen, die insbesondere elektromagnetisch aktivierbar ist (Figur 7). Steht an einem Speiseanschluss 16 der ersten Ventileinrichtung 15 Druckmedium an, kann durch entsprechende Ansteuerung der ersten Ventileinrichtung 15 in die jeweils eine Arbeitskammer Druckmedium zugeführt und aus der jeweils anderen Arbeitskammer Druckmedium abgeführt werden. Dies führt zu einer durch einen Doppelpfeil angedeuteten Schwenkbewegung 17 des ersten Kolbens 7, was eine gleichzeitige, wiederum durch einen Doppelpfeil angedeutete Drehbewegung 18 der Abtriebswelle 6 zur Folge hat. Die Achse der Drehbewegung sei als Zentralachse 22 bezeichnet und fällt mit der Längsachse der Abtriebswelle 6 zusammen.
Es besteht auf diese Weise die Möglichkeit, die Abtriebswelle 6 zu einer oszillierenden, d.h. hin und her gehenden Drehbewegung 18 anzutreiben. Diese Drehbewegung kann von der Abtriebswelle 6 zu beliebigen Zwecken abgegriffen werden, beispielsweise um eine Greifvorrichtung für Gegenstände zu positionieren. An der Abtriebswelle 6 ist zu diesem Zweck ein geeignet gestalteter Kraftabgriffsabschnitt 23 vorgesehen, der sich außerhalb des ersten Gehäuses 4 auf einer ersten Axialseite 25 desselben befindet.
Durch die Betätigung der ersten Drehantriebseinheit 2 lässt sich die Abtriebswelle 6 wahlweise in zwei Endstellungen positionieren. Diese Endstellungen werden beim Ausführungsbeispiel durch zwei im Schwenkweg des ersten Kolbens 7 liegende gehäusefeste Endanschläge 24 vorgegeben, die den Schwenkweg des ersten Kolbens 7 begrenzen. Beim Ausführungsbeispiel sind die Endanschläge 24 unmittelbar von den Abschlusswänden der beiden Arbeitskammern 8, 9 gebildet. Es kann sich allerdings auch um gesonderte Anschlagmittel handeln.
Bei Bedarf können zur Vorgabe variabler Endstellungen der Abtriebswelle ein oder beide Endanschläge 24 relativ zum ersten Gehäuse 4 verstellbar ausgebildet sein. Es sind dann auch Mittel vorhanden, die ein ortsfestes Fixieren der Endanschläge 24 in der jeweils eingestellten Position ermöglichen.
Verstellbare Endanschläge sind in Figur 2 strichpunktiert bei 24' angedeutet. Abweichend von der Darstellung können diese Endanschläge auch außerhalb der Arbeitskammern 8, 9 wirksam sein und beispielsweise einen Aufbau haben, wie er in der DE 19511488 C2 beschrieben wird.
Die zweite Drehantriebseinheit 3 befindet sich auf der zweiten Axialseite 26 des ersten Gehäuses 4 und sitzt dort, bezüglich der Zentralachse 22 frei drehbar, auf der Abtriebswelle 6.
Im Einzelnen verfügt die zweite Drehantriebseinheit 3 über ein zweites Gehäuse 27, das die Gestalt eines Längenabschnittes eines Torus hat. Der Krümmungsradius liegt auf der Zentralachse 22. Über ein erstes Lagerteil 28, das die Abtriebswelle 6 konzentrisch umschließt, ist das zweite Gehäuse 27 an der Abtriebswelle 6 drehbar gelagert.
Das zweite Gehäuse 27 definiert einen zweiten Gehäuseinnenraum 32, der der Gestalt des Torusabschnittes folgt und der am einen Ende geschlossen und am anderen Ende offen ist. Das erste Lagerteil 28 greift insbesondere im Bereich des geschlossenen Endes an. Durch das offene Ende hindurch taucht ein entsprechend dem Längenabschnitt eines Ringes gestalteter plungerartiger zweiter Kolben 33 in den zweiten Gehäuseraum 32 ein und begrenzt somit eine gekrümmte Arbeitskammer 34, deren Länge davon abhängt, wie weit der zweite Kolben 33 in den zweiten Gehäuseinnenraum 32 eintaucht.
An seinem rückwärtigen Ende, entgegengesetzt zu dem in das zweite Gehäuse 27 eingreifenden Ende, ist der zweite Kolben 33 über ein zweites Lagerteil 35 ebenfalls an der Abtriebswelle 6, relativ zu dieser verdrehbar, gelagert. Wie schon das erste Lagerteil 28 verfügt auch das zweite Lagerteil 35 über einen zur Abtriebswelle 6 koaxialen ringförmigen Lagerungsabschnitt 36.
Das zweite Gehäuse 27 und der zweite Kolben 33 sind relativ zueinander um die Zentralachse 22 verdrehbar. Außerdem können sie unabhängig voneinander, wiederum um die Zentralachse 22, relativ zum ersten Gehäuse 4 der ersten Drehantriebseinheit 2 verdreht werden.
Mit der Arbeitskammer 34 der zweiten Drehantriebseinheit 3 kommuniziert ein Fluidkanal 37, der über eine Fluidleitung 38 an eine zweite Ventileinrichtung 42 angeschlossen ist. Auch diese ist zweckmäßigerweise elektrisch aktivierbar. Sie kann in zwei Schaltstellungen verbracht werden, wobei in einer aus Figur 7 hervorgehenden ersten Schaltstellung eine Druckquelle P durchgeschaltet ist, so dass die Arbeitskammer 34 mit Druckmedium beaufschlagt wird. In einer zweiten Schaltstellung wird die Arbeitskammer 34 drucklos geschaltet.
Am zweiten Gehäuse 27 und am zweiten Kolben 33 ist jeweils ein erster bzw. zweiter Mitnehmer 43a, 43b vorgesehen, der die Drehbewegung der jeweiligen Komponente mitmacht. Die Mitnehmer 43a, 43b können beispielsweise in Baueinheit mit den beiden Lagerteilen 28, 35 ausgeführt werden. An den in der Drehrichtung einander zugewandten Seiten haben die beiden Mitnehmer 43a, 43b jeweils eine Mitnehmerfläche 44a, 44b.
Zwischen die Mitnehmerflächen 44a, 44b der beiden Mitnehmer 43a, 43b ragt ein drehfest mit der Abtriebswelle 6 verbundenes Kopplungsglied 45 hinein. Es kann sich dabei um einen einstückigen Bestandteil der Abtriebswelle 6 handeln, wobei aber aus Gründen einer einfacheren Herstellung und Montage eine gesonderte Ausgestaltung vergleichbar dem Ausführungsbeispiel vorgezogen wird. Beim Ausführungsbeispiel ist ferner vorgesehen, dass das Kopplungsglied 45 mit einem Befestigungsteil 46 axial zwischen die Abtriebswelle 6 und die zweite Drehantriebseinheit 3 eingeschaltet ist, wobei die Drehlagerung des zweiten Gehäuses 27 und des zweiten Kolbens 33 an dem Befestigungsteil 46 erfolgt, das seinerseits drehfest an der Abtriebswelle 6 befestigt ist.
Das Kopplungsglied 45 kann L-förmig abgewinkelt sein. Wird die Abtriebswelle 6 durch den ersten Drehantrieb 2 zu einer Drehbewegung angetrieben, führt das bewegungsgekoppelte Kopplungsglied 45 eine entsprechende, durch Doppelpfeil angedeutete Schwenkbewegung 47 um die Zentralachse 22 aus. In umgekehrter Weise führt ein auf das Kopplungsglied 45 ausgeübtes Drehmoment dazu, dass das Kopplungsglied 45 verschwenkt und somit die damit verbundene Abtriebswelle 6 verdreht wird.
Der Drehantrieb 1 verfügt des weiteren über einen Zwischenstellungsanschlag 48, der wie das Kopplungsglied 45 zwischen die beiden Mitnehmer 43a, 43b hineinragt. Er ist bezüglich dem ersten Gehäuse 4 ortsfest festgelegt.
Im konkreten Fall des Ausführungsbeispiels sitzt der Zwischenstellungsanschlag 48 mit einem ringförmigen Lagerungsabschnitt 52 frei drehbar auf der Abtriebswelle 6 und enthält einen fest mit dem Lagerungsabschnitt 52 verbundenen, radial abstehenden, abgewinkelten Anschlagarm 53, der in den Verstellweg der beiden Mitnehmer 43a, 43b hineinragt. Durch strichpunktiert angedeutete Befestigungsmittel 54 ist der Anschlagarm 53 so am ersten Gehäuse 4 befestigt, dass er bezüglich diesem um die Zentralachse 22 nicht verdreht werden kann.
Derart fixiert, nimmt der Zwischenstellungsanschlag 48 eine bestimmte Zwischenstellungs-Vorgabeposition ein, die je nach Ausführungsform des Drehantriebes eine unveränderliche Vorgabeposition oder eine variable Vorgabeposition ist. Beim Ausführungsbeispiel ist eine Variabilität gegeben, indem der Zwischenstellungsanschlag 48 bei gelösten Befestigungsmitteln 54 gemäß Doppelpfeil 55 relativ zum ersten Gehäuse 4 um die Zentralachse 22 verdrehbar ist und sich stufenweise in verschiedenen Vorgabepositionen ortsfest bezüglich dem ersten Gehäuse 44 fixieren lässt, wobei solche Vorgabepositionen exemplarisch durch Punkte bei 56 angedeutet sind.
Selbstverständlich wäre auch eine Bauform möglich, die eine stufenlose Justierung der gewünschten Zwischenstellungs-Vorgabeposition ermöglicht.
Nachfolgend wird die Betriebsweise des Dreistellungs-Drehantriebs exemplarisch erläutert.
Soll die Abtriebswelle 6 in einer der beiden Endstellungen positioniert werden, wird die zweite Drehantriebseinheit durch entsprechende Betätigung der zweiten Ventileinrichtung 42 drucklos geschaltet, so dass sie einen Freilaufzustand einnimmt, in dem ohne Behinderung durch eingeschlossene Druckluft ein relatives Verdrehen zwischen dem zweiten Gehäuse 27 und dem zweiten Kolben 33 möglich ist. Wird nun der erste Kolben 7 in die eine oder andere Richtung verschwenkt, führt die Abtriebswelle 6 eine Drehbewegung aus, wobei das mitbewegte Kopplungsglied 45 auf den in der Drehrichtung vorgelagerten Mitnehmer 43a bzw. 43b einwirkt und diesen vor sich herschiebt. Je nach Drehrichtung der Abtriebswelle 6 wird der mit dem zweiten Gehäuse 27 verbundene erste Mitnehmer 43a (Figur 6) oder der mit dem zweiten Kolben 33 verbundene zweite Mitnehmer 43b (Figur 5) beaufschlagt. Da sich der jeweils nicht vom Kopplungsglied 45 beaufschlagte Mitnehmer an dem ortsfesten Zwischenstellungsanschlag 48 abstützt, kann bei dieser Bewegung der zweite Kolben 33 in das zweite Gehäuse 27 eintauchen.
Um die gewünschte Zwischenstellung der Abtriebswelle 6 zu erhalten, wird die erste Drehantriebseinheit 2 ihrerseits drucklos geschaltet, so dass nun sie einen Freilaufzustand einnimmt, der dem ersten Kolben 7 und somit der Abtriebswelle 6 eine freie Drehbarkeit bezüglich dem ersten Gehäuse 4 verleiht. Der Freilaufzustand der ersten Drehantriebseinheit 2 ergibt sich beim Ausführungsbeispiel durch ein Umschalten der zweiten Ventileinrichtung 42 in die aus Figur 7 ersichtliche erste Schaltstellung, da der Speiseanschluss 16 über eine Zufuhrleitung 57 an die zweite Ventileinrichtung 42 angeschlossen ist und somit durch diese gesteuert wird.
Gleichzeitig mit dem Umschalten der zweiten Ventileinrichtung 42 in die erste Schaltstellung wird die zweite Drehantriebseinheit 3 mit Druckmedium gespeist, so dass sie sich in einen Positionierzustand begibt. Dies bedeutet, dass durch die Druckbeaufschlagung der Arbeitskammer 34 das zweite Gehäuse 27 und der zweite Kolben 33 eine Relativbewegung ausführen, im Rahmen derer sich die beiden Mitnehmer 43a, 43b zangenartig aneinander annähern. Die Bewegung des jeweiligen Mitnehmers 43a, 43b stoppt in dem Moment, in dem er auf den Zwischenstellungsanschlag 48 aufläuft.
Bei dieser Zangenbewegung wird das Kopplungsglied 45 von demjenigen Mitnehmer beaufschlagt und vor sich hergeschoben, in dessen Stellweg es momentan ragt. Die Drehbewegung des Kopplungsgliedes 45 endet, wenn beide Mitnehmer 43a, 43b mit ihren einander zugewandten Mitnehmerflächen 44a, 44b von entgegengesetzten Seiten her am Zwischenstellungsanschlag 48 anliegen und gleichzeitig das Kopplungsglied 45 zwischen sich halten.
Es versteht sich, dass man die in der Drehrichtung gemessenen Abmessungen der zwischen die beiden Mitnehmer 43a, 43b hineinragenden Abschnitte des Kopplungsgliedes 45 und des Zwischenstellungsanschlages 48 so aufeinander abstimmt, dass beim Erreichen der Zwischenstellung die beiden Mitnehmer 43a, 43b von beiden Seiten her jeweils gleichzeitig an beiden vorerwähnten Komponenten zur Anlage gelangen.
Da das Kopplungsglied 45 drehfest mit der Abtriebswelle 6 verbunden ist, hat seine von den Mitnehmern 43a, 43b verursachte Schwenkbewegung ein Verdrehen der Abtriebswelle 6 zur Folge. Hat das Kopplungsglied 45 die zwischen beiden Mitnehmern 43a, 43b gehaltene Stellung erreicht, entspricht dies der gewünschten Zwischenstellung für die Abtriebswelle 6.
Es ist ersichtlich, dass durch Variation der Zwischenstellungs-Vorgabeposition des Zwischenstellungsanschlages 48 somit sehr einfach unterschiedliche Zwischenstellungen für die Abtriebswelle 6 vorgegeben werden können.
Ein großer Vorteil des Drehantriebes besteht darin, dass jede der drei Stellungen im Rahmen einer kontinuierlichen Bewegung aus jeder beliebigen vorher eingenommenen Stellung angefahren werden kann, ohne dass es einer vorherigen mechanischen Entriegelung irgendwelcher Komponenten bedürfte und ohne dass ein Zwischenstopp der Bewegung erforderlich wäre.
Die beiden Ventileinrichtungen 15, 42 sind zweckmäßigerweise Bestandteil einer insgesamt mit Bezugsziffer 58 bezeichneten Ansteuerschaltung, zu der zweckmäßigerweise auch noch eine nicht näher dargestellte Sensorik sowie eine elektronische Steuereinrichtung gehört, um die Bewegungsabläufe exakt aufeinander abstimmen zu können.

Claims (9)

  1. Fluidbetätigter Dreistellungs-Drehantrieb,
    mit einer ersten Drehantriebseinheit (2), die ein erstes Gehäuse (4), einen relativ zum ersten Gehäuse (4) verdrehbaren ersten Kolben (7) und eine drehfest mit dem ersten Kolben (7) verbundene Abtriebswelle (6) aufweist, wobei die Abtriebswelle (6) durch Fluidbeaufschlagung des ersten Kolbens (7) zu einer oszillierenden Drehbewegung um eine Zentralachse (22) zwischen zwei Endstellungen antreibbar ist,
    mit einem drehfest mit der Abtriebswelle (6) verbundenen, bei der Drehbewegung der Abtriebswelle (6) eine Schwenkbewegung bezüglich der Zentralachse (22) ausführenden Kopplungsglied,
    mit einer zu der ersten Drehantriebseinheit(2) koaxialen zweiten Drehantriebseinheit (3), die ein zweites Gehäuse (27) und einen zweiten Kolben (33) aufweist, die relativ zueinander und mit Bezug zu dem ersten Gehäuse (4) um die Zentralachse (22) verdrehbar sind und die jeweils einen bei der Drehbewegung eine Schwenkbewegung bezüglich der Zentralachse (22) ausführenden Mitnehmer (43a, 43b) aufweisen,
    und mit einem bezüglich dem ersten Gehäuse (4) ortsfesten Zwischenstellungsanschlag (48), der wie das Kopplungsglied (45) zwischen die beiden Mitnehmer (43a, 43b) ragt,
    wobei die zweite Drehantriebseinheit (3) wahlweise in einen die freie Schwenkbeweglichkeit der Mitnehmer (43a, 43b) und somit die freie Drehbarkeit der Abtriebswelle (6) zwischen den beiden Endstellungen ermöglichenden drucklosen Freilaufzustand schaltbar ist oder in einen druckbeaufschlagten Positionierzustand, in dem die Mitnehmer (43a, 43b) sich zangenartig bis zur Anlage an den Zwischenstellungsanschlag (48) einander annähern, wobei durch Mitnahme des Kopplungsgliedes (45) die mit diesem verbundene Abtriebswelle (6) in eine zwischen den beiden Endstellungen liegende Zwischenstellung verdreht wird.
  2. Drehantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Drehantriebseinheit (2) als Schwenkkolbenantrieb (2a) ausgebildet ist.
  3. Drehantrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Drehantriebseinheit (3) als Ringkolbenantrieb (3a) ausgebildet ist.
  4. Drehantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenstellungsanschlag (48) verstellbar und in unterschiedlichen Positionen ortsfest bezüglich dem ersten Gehäuse (4) fixierbar ist.
  5. Drehantrieb nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenstellungsanschlag (48) frei drehbar auf der Abtriebswelle (6) sitzt und einen von dieser wegragenden Anschlagarm (53) aufweist, der bezüglich dem ersten Gehäuse (4) lösbar fixierbar ist.
  6. Drehantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl das zweite Gehäuse (27) als auch der zweite Kolben (33) frei drehbar auf der Abtriebswelle (6) gelagert sind.
  7. Drehantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch eine Ansteuerschaltung (58) durch die die zweite Drehantriebseinheit (3) wahlweise in den Freilaufzustand oder den Positionierzustand versetzbar ist und durch die die erste Drehantriebseinheit (2) während des Positionierzustandes der zweiten Drehantriebseinheit (3) ihrerseits in einen die freie Beweglichkeit der Abtriebswelle (6) gewährleistenden drucklosen Freilaufzustand schaltbar ist.
  8. Drehantrieb nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuerschaltung (58) mindestens eine Ventileinrichtung (15, 42) enthält.
  9. Drehantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zur Vorgabe variabler Endstellungen der Abtriebswelle (6) wenigstens ein verstellbarer und in unterschiedlichen Positionen ortsfest bezüglich dem ersten Gehäuse (4) fixierbarer Endanschlag (24, 24') vorgesehen ist.
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