EP0099546A1

EP0099546A1 - Rotary actuator

Info

Publication number: EP0099546A1
Application number: EP83106886A
Authority: EP
Inventors: Hans Heuschröck
Original assignee: AVA Steuerungstechnik GmbH
Current assignee: AVA Steuerungstechnik GmbH
Priority date: 1982-07-21
Filing date: 1983-07-13
Publication date: 1984-02-01
Also published as: DE3227275A1

Abstract

A rotary actuator incorporates a drive shaft 8 for operating armatures. The rotary actuator incorporates two pistons 1, 2 which perform reciprocating movements in opposite directions under the action of the pressure of a flow medium in a cylinder 3. The pistons are constructed on the inside as toothed rods 5, 6 which mesh with a common pinion 7 connected to the drive shaft. The pistons have sliding strips 11, 12, 13, 14 on their surfaces on which the pistons are mounted in the cylinder. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft einen Drehantrieb mit zwei Kolben für Ausführen von hin- hergehenden Bewegungen in entgegengesetzten Richtungen unter der Einwirkung des Druckes eines Strömungsmittels in einem Zylinder, bei dem die Kolben innen als Zahnstangen ausgebildet sind und die Zahnstangen mit einem gemeinsamen Ritzrel kämmen, das mit einer Antriebswelle des Drehantriebs verbunden ist.The invention relates to a rotary drive with two pistons for executing reciprocating movements in opposite directions under the action of the pressure of a fluid in a cylinder, in which the pistons are designed as toothed racks on the inside and the toothed racks mesh with a common pinion, which with a Drive shaft of the rotary drive is connected.

Ein derartiger Drehantrieb ist aus der DE-PS 16 01 746 bekannt. Dieser Antrieb wird vor allem in der Steuerungstechnik eingesetzt und dient zur Betätigung von Armaturen. Die Kolben sind relativ zu dem Ritzel symmetrisch zueinander angeordnet. Die Bewegungen der beiden Kolben sind durch das Ritzel miteinander gekoppelt, wobei sich die Kolben je nach dem Relativdruck zwischen den beiden Kolben und außerhalb davon entweder auseinander oder aufeinander zu bewegen und auf diese Weise eine Drehbewegung des Ritzels und der damit verbundenen Antriebswelle bewirken.Such a rotary drive is known from DE-PS 16 01 746. This actuator is mainly used in control technology and is used to operate fittings. The pistons are arranged symmetrically to one another relative to the pinion. The movements of the two pistons are coupled to one another by the pinion, the pistons depending on the relative pressure between the two pistons and outside of them either moving apart or towards one another and in this way causing the pinion and the drive shaft connected to it to rotate.

Die Kolben des Drehantriebs neigen dazu, sich zu verklemmen und festzufressen. Um dies zu verhindern, ist in der DE-PS 16 01 746 bereits vorgeschlagen worden, die Kolben in am Zylinder befestigten Führungsstangen zu führen. Allerdings hat diese Konstruktion den Nachteil, daß die Führungsstangen sehr präzise gearbeitet und eingepaßt sein müssen, um einerseits ein möglichst reibungsarmes Gleiten der Kolben zu ermöglichen und um andererseits die erforderliche Dichtheit der Kolben zu gewährleisten.The pistons of the rotary actuator tend to jam and seize. To prevent this, is in the DE-PS 16 01 746 has already been proposed to guide the pistons in guide rods attached to the cylinder. However, this construction has the disadvantage that the guide rods have to be worked and fitted very precisely in order on the one hand to allow the pistons to slide with as little friction as possible and on the other hand to ensure the necessary tightness of the pistons.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Drehantrieb der eingangs genannten Art zu entwickeln, der bei hoher Betriebssicherheit kostengünstig herstellbar ist.The present invention is therefore based on the object of developing a rotary drive of the type mentioned at the outset which can be produced inexpensively with high operational reliability.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Kolben auf ihren Oberflächen mit Gleitstreifen versehen sind, auf denen die Kolben im Zylinder gelagert sind.This object is achieved in that the pistons are provided on their surfaces with sliding strips on which the pistons are mounted in the cylinder.

Erfindungsgemäß gleiten die Kolben unmittelbar auf der Innenwand des Zylinders. Da die Kolben nahezu ohne Spiel im Zylinder laufen, ist ein Verkippen oder gar Festfressen der Kolben ausgeschlossen. Der Aufbau des Drehantriebs ist trotzder hohen Betriebssicherheit einfach und damit kostengünstig.According to the invention, the pistons slide directly on the inner wall of the cylinder. Since the pistons run with almost no play in the cylinder, the pistons cannot tilt or seize. The structure of the rotary drive is simple and therefore inexpensive despite the high level of operational reliability.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des Erfindungsgegenstandes ist jeweils ein Gleitstreifen an den Enden eines jeden Kolben angeordnet.According to a preferred embodiment of the subject matter of the invention, a slide strip is arranged at the ends of each piston.

Es ist von Vorteil, wenn die Gleitstreifen aus mehreren Schichten zusammengesetzt sind.It is advantageous if the sliding strips are composed of several layers.

Bei einer bevorzugten Weiterbildung des Erfindungsgegenstandes enthalten die Gleitstreifen eine innere Schicht aus Stahl, eine mittlere Schicht aus Bronze und eine äußere Schicht aus Polytetrafluoräthylen. Die äußerste Schicht aus Polytetrafluoräthylen, die dünn im Vergleich zu den anderen Schichten ist, reibt sich beim Gebrauch des Dreh_- antriebs sehr schnell ab. Der Polytetrafluoräthylen-Abrieb füllt die Poren der Zylinderwand und dient als Schmierfilm zwischen Kolben und Zylinder.In a preferred development of the subject matter of the invention, the sliding strips contain an inner layer made of steel, a middle layer made of bronze and an outer layer made of polytetrafluoroethylene. The outermost layer of polytetrafluoroethylene, which is thin in comparison to the other layers, rubs when using the rotary _- drive very fast. The polytetrafluoroethylene abrasion fills the pores of the cylinder wall and serves as a lubricating film between the piston and the cylinder.

Es erweist sich als zweckmäßig, wenn gemäß einer weiteren Ausgestaltung des Erfindungsgegenstandes zumindest einer der Kolben durch einen in Arbeitsrichtung der Kolben verstellbaren Anschlag in seinem Hub begrenzbar ist.It proves to be expedient if, according to a further embodiment of the subject of the invention, at least one of the pistons can be limited in its stroke by a stop which is adjustable in the working direction of the pistons.

Auf diese Weise läßt sich der Drehwinkel des erfindungsgemäßen Drehantriebs in einer oder in beiden Drehrichtungen verstellen. Der Drehantrieb läßt sich dadurch universell einsetzen, so daß Betriebs- und Lagerhaltungskosten gesenkt werden können.In this way, the angle of rotation of the rotary drive according to the invention can be adjusted in one or in both directions of rotation. The rotary drive can thus be used universally, so that operating and storage costs can be reduced.

Zur Erhöhung der Betriebssicherheit wird in weiterer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Drehantriebs vorgeschlagen, daß die Antriebswelle einstückig ausgebildet ist und auf beiden Seiten des Ritzels dieselbe Querschnittsfläche aufweist.In order to increase operational safety, it is proposed in a further embodiment of the rotary drive according to the invention that the drive shaft is formed in one piece and has the same cross-sectional area on both sides of the pinion.

Da zum Auseinanderdrücken der Kolben ein Strömungsmittel zwischen die Kolben eingepreßt wird, ist die resultierende Schubkraft, die das Strömungsmittel auf die im Zylindergehäuse gelagerte Antriebswelle ausübt, bei dieser Ausgestaltung gleich Null. Druckbelastungen durch die Antriebswelle auf die Spindel angeschlossener Bauteile, z.B. eine Armaturenspindel, entfallen. Als weiterer Vorteil der Antriebswelle mit beidseitig gleichen geometrischen Abmessungen ist anzuführen, daß der Drehantrieb je nach Einbaulage rechts- oder linksdrehend einsetzbar ist, so daß sich die Lagerhaltung um die Hälfte reduziert.Since a fluid is pressed between the pistons to push the pistons apart, the resulting thrust force which the fluid exerts on the drive shaft mounted in the cylinder housing is zero in this embodiment. Pressure loads from the drive shaft on the spindle of connected components, e.g. an armature spindle, omitted. Another advantage of the drive shaft with the same geometrical dimensions on both sides is that the rotary drive can be used clockwise or counterclockwise depending on the installation position, so that the inventory is reduced by half.

Die Erfindung sowie weitere Einzelheiten der Erfindung werden anhand von schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.The invention and further details of the invention are explained in more detail with reference to schematically illustrated exemplary embodiments.

Hierbei zeigen die Figuren 1 bis 4 verschiedene Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Drehantriebs im Querschnitt.Figures 1 to 4 show different embodiments of the rotary drive according to the invention in cross section.

Figur 1 zeigt einen erfindungsgemäßen Drehantrieb mit zwei Kolben 1, 2 in einem Zylinder 3. Die Kolben 1, 2 und der Zylinder 3 sind beispielsweise aus Aluminium gefertigt. Der Zylinder 3 ist an seinen Enden durch Endkappen 4 verschlossen. Die Kolben sind an ihren Innenseiten als Zahnstangen 5, 6 ausgebildet, wobei die Zahnstangen 5,6 mit einem gemeinsamen Ritzel 7 kämmen. Das Ritzel 7 ist mit einer Antriebswelle 8 des Drehantriebs verbunden, an die beispielsweise eine nicht dargestellte Armaturenspindel angeschlossen ist. Die Kolben 1, 2 sind mit Dichtringen 9, 10 versehen.Figure 1 shows a rotary drive according to the invention with two pistons 1, 2 in a cylinder 3. The pistons 1, 2 and the cylinder 3 are made of aluminum, for example. The cylinder 3 is closed at its ends by end caps 4. The pistons are designed on the inside as racks 5, 6, the racks 5, 6 meshing with a common pinion 7. The pinion 7 is connected to a drive shaft 8 of the rotary drive, to which, for example, a valve spindle, not shown, is connected. The pistons 1, 2 are provided with sealing rings 9, 10.

Erfindungsgemäß sind die Kolben 1, 2 mittels Gleitstreifen 11, 12 und 13,14 im Zylinder 3 gelagert. Jeweils ein Gleitstreifen befindet sich am äußeren Randbereich der Kolben 1, 2 wobei immer ein Gleitstreifen 11,13 sich über den gesamten Umfang der Kolben 1,2 erstreckt, während der andere der Gleitstreifen 12,14 sich am vorderen Ende des als Zahnstange 5,6 ausgebildeten Teils des Kolbens befindet. Die Gleitstreifen 11 bis 14 sind aus drei Schichten zusammengesetzt,wobei die innere Schicht aus Edelstahl, die mittlere aus Bronze und die äußere Schicht aus Polytetrafluoräthylen besteht. Das Polytetrafluor- äthylenmaterial reibt sich beim Gebrauch des Drehantriebs sehr schnell ab und bildet einen Gleitfilm, der sich teilweise in die Poren des Zylinder-Wandmaterials legt und auf dem die Kolben 1,2 im Zylinder 3 gleiten.According to the invention, the pistons 1, 2 are mounted in the cylinder 3 by means of sliding strips 11, 12 and 13, 14. One slide strip is located on the outer edge region of the pistons 1, 2, one slide strip 11, 13 always extending over the entire circumference of the pistons 1, 2, while the other of the slide strips 12, 14 is located at the front end of the rack 5, 6 trained part of the piston. The sliding strips 11 to 14 are composed of three layers, the inner layer made of stainless steel, the middle layer of bronze and the outer layer of polytetrafluoroethylene. The polytetrafluoroethylene material rubs off very quickly when the rotary actuator is used and forms a sliding film which partly lies in the pores of the cylinder wall material and on which the pistons 1, 2 slide in the cylinder 3.

Der Zylinder 3 enthält Zuführungen 15 für ein Strömungsmittel, die in die Zylinderkammer an der Außenseite der Kolben 1,2 münden, sowie eine in der Figur nicht dargestellte Zuführung, die in den Zylinderraum zwischen den beiden Kolben 1, 2 mündet. Unter der Einwirkung des Druckes des Strömungsmittels führen die Kolben 1, 2 in dem Zylinder 3 hin- und hergehende Bewegungen aus, wobei das Ritzel 7 zwischen einer Position von 0° und 90° gedreht wird. Bei der Bewegung sind die Kolben 1, 2 auf den Gleitstreifen 11 bis 14 gelagert, die ein Verkippen der Kolben 1, 2 sicher verhindern.The cylinder 3 contains feeds 15 for a fluid, which open into the cylinder chamber on the outside of the pistons 1, 2, and a feed, not shown in the figure, which opens into the cylinder space between the two pistons 1, 2. Under the action of the pressure of the fluid, the pistons 1, 2 perform reciprocating movements in the cylinder 3, the pinion 7 being rotated between a position of 0 ° and 90 °. During the movement, the pistons 1, 2 are mounted on the sliding strips 11 to 14, which reliably prevent the pistons 1, 2 from tilting.

Die Antriebswelle 8 ist oberhalb und unterhalb der Zeichenebene in der Zylinderwand in Lagerbuchsen gelagert. Der Durchmesser der Antriebswelle ist auf beiden Seiten des Ritzels gleich groß, so daß durch den Druck des Strömungsmittels zwischen den beiden Kolben keine resultierende Kraft auf die Antriebswelle entsteht.The drive shaft 8 is mounted above and below the plane of the drawing in the cylinder wall in bearing bushes. The diameter of the drive shaft is the same size on both sides of the pinion, so that no pressure is generated on the drive shaft by the pressure of the fluid between the two pistons.

Der Drehantrieb gemäß Figur 2 unterscheidet sich von demjenigen gemäß Figur 1 im wesentlichen dadurch, daß die Rückstellung der Kolben 1, 2 nicht durch den Druck eines Strömungsmittels, sondern mittels Druckfedern 16 erfolgt, welche in Endkappen 17 des Zylinders 3 eingelassen sind.The rotary drive according to FIG. 2 differs from that according to FIG. 1 essentially in that the pistons 1, 2 are not reset by the pressure of a fluid, but by means of pressure springs 16 which are embedded in end caps 17 of the cylinder 3.

Das Strömungsmittel wird nur in den inneren Zylinderraum zwischen den Kolben 1, 2 geführt. Diese Ausführung hat den Vorteil, daß bei einem Druckausfall das Ritzel 7 und damit auch die zu schaltende Armatur automatisch in ihre Nullposition gestellt werden.The fluid is only led into the inner cylinder space between the pistons 1, 2. This version has the advantage that the pinion 7 and thus the valve to be switched are automatically set to their zero position in the event of a pressure failure.

Figur 3 zeigt einen Drehantrieb ähnlich dem Drehantrieb gemäß Figur 1. Im Unterschied dazu ist hier ein Anschlag vorgesehen, mit dem der Hub eines der Kolben verstellbar ist. _Beispielweise lassen sich beide Endlagen um + 11,25° verstellen, so daß der Gesamtschwenkbereich des Drehantriebs 0 bis 112,5° beträgt.FIG. 3 shows a rotary drive similar to the rotary drive according to FIG. 1. In contrast to this, a stop is provided here with which the stroke of one of the pistons can be adjusted. _B eispielweise both end positions to + 11.25 ° leave adjust so that the total swivel range of the rotary actuator is 0 to 112.5 °.

Zur Hubbegrenzung weist eine Endkappe 18 eine zentrale Durchführung auf, durch die eine mit einem der Kolben verbundene Hülse 19 geführt ist. Die Hülse 19 weist ein Innengewinde auf, in das eine Schraube 20 eingeschraubt ist..Der Schraubenkopf ist größer als der Durchmesser der burchführung für die Hülse und ist in einer an die Durchführung sich anschließende Bohrung 21 mit größerem Durchmesser als die Durchführung hin- und herbewegbar. Die Bohrung 21 weist an ihrer Außenseite ein Gewinde auf, in das ein Deckel 22 eingeschraubt ist.To limit the stroke, an end cap 18 has a central bushing through which a sleeve 19 connected to one of the pistons is guided. The sleeve 19 has an internal thread into which a screw 20 is screwed. The screw head is larger than the diameter of the bushing for the sleeve and can be moved back and forth in a bore 21 with a larger diameter than the bushing, which is connected to the bushing . The bore 21 has a thread on its outside, into which a cover 22 is screwed.

Bei Bewegung der Kolben 1;2 bewegen sich die Hülse 19 und die Schraube 20 mit dem Kolben 2. Der Kohlbenhub. wird dabei in der einen Richtung durch den Anschlag der Schraube 20 am inneren Rand 23 der Bohrung 21 und in der anderen Richtung durch den Anschlag der Schraube 20 am Deckel 22 begrenzt. Durch Verdrehen der Schraube 20 und des Deckels 21 lassen sich die Endlagen der Kolben 1, 2 verändern.When the pistons 1, 2 move, the sleeve 19 and the screw 20 move with the piston 2. The piston stroke. is limited in one direction by the stop of the screw 20 on the inner edge 23 of the bore 21 and in the other direction by the stop of the screw 20 on the cover 22. The end positions of the pistons 1, 2 can be changed by turning the screw 20 and the cover 21.

Figur 4 zeigt einen Drehantrieb ähnlich demjenigen gemäß Figur 2, jedoch ist hier wie bei dem Drehantrieb nach Figur 3, der Hub der Kolben 1, 2 verstellbar.FIG. 4 shows a rotary drive similar to that according to FIG. 2, but here, as in the rotary drive according to FIG. 3, the stroke of the pistons 1, 2 is adjustable.

Claims

1. Rotary drive with two pistons for executing reciprocating movements in opposite directions under the action of the pressure of a fluid in a cylinder, in which the pistons are designed as toothed racks on the inside and the toothed racks mesh with a common pinion, which with A drive shaft of the rotary drive is connected, characterized in that the pistons (1, 2) are provided on their surfaces with sliding strips (11, 12, 13, 14) on which the pistons (1, 2) are mounted in the cylinder (3) are.

2. Rotary drive according to claim 1, characterized in that a sliding strip (11, 12, 13, 14) is arranged at the ends of each piston (1, 2).

3. Rotary drive according to claim 1 or 2, characterized in that the sliding strips (11,12,13,14) are composed of several layers.

4. Rotary drive according to one of claims 1 to 3, characterized characterized in that the sliding strips (11, 12, 13, 14) contain an inner layer made of steel, a middle layer made of bronze and an outer layer made of polytetrafluoroethylene.

5. Rotary drive according to one of claims 1 to 4, characterized in that at least one of the pistons (1,2) can be limited in its stroke by an adjustable in the working direction of the piston stop.

6. Rotary drive according to one of claims 1 to 5, characterized in that the drive shaft (8) is integrally formed and on both sides of the pinion (7) has the same cross-sectional area.