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Die
Erfindung betrifft eine druckfluidbetriebene Antriebseinheit, die
eine Drehbewegung zum Positionieren von Ventilen oder ähnlichen
Stellgliedern in eine gewünschte
Position erzeugt, wobei die Drehbewegung des Stellgliedes ein Vielfaches
von ungefähr
90° ist
und die Antriebseinheit eine zylindrische Verkleidung, einen ersten
Endflansch und einen zweiten Endflansch, die an den Enden der Verkleidung
vorhanden sind, einen ringförmigen
Zylinderraum und wenigstens zwei Paare von Kolben, wobei die Kolben
in Bezug zueinander bewegt werden können und im Wesentlichen die
gleiche Form und Größe haben
wie der Querschnitt des Zylinderraumes, und die ersten Kolben in
jedem Kolbenpaar in Bezug auf den Zylinderraum beweglich angeordnet
sind, sich die ersten Kolben um ihre Achse drehen, so dass sich
die ersten Kolben in dem Zylinderraum in der Richtung seines Umfangs
bewegen, und die zweiten Kolben des Kolbenpaares an den zweiten Endflansch
angrenzend in Bezug auf den zweiten Endflansch oder das Gehäuse des
Zylinderraums unbeweglich angeordnet sind, und eine Übertragungswelle
umfasst, die so angeordnet ist, dass sie sich mit den ersten Kolben
um die Achse des Zylinderraums dreht, um Kraft zum Positionieren
des Stellgliedes zu übertragen,
wobei die Antriebseinheit wenigstens einen zusätzlichen ringförmigen Zylinderraum
umfasst, der koaxial zu dem Zylinderraum zwischen dem ersten Endflansch
und dem zweiten Endflansch angeordnet ist, der Zylinderraum an den
zusätzlichen
Zylinderraum angrenzend und/oder zusätzliche Zylinderräume voneinander
durch einen Zwischenflansch getrennt sind, der so eingerichtet ist,
dass er sich in Bezug auf den Zylinderraum und die zusätzlichen
Zylinderräume
sowie die Übertragungswelle
bewegt, wobei sich der Flansch um ihre Achse dreht, der zusätzliche
Zylinderraum mit wenigstens zwei Paaren zusätzlicher Kolben versehen ist
und die zusätzlichen
Kolben desselben im Wesentlichen die gleiche Form und Größe haben
wie der Querschnitt des zusätzlichen
Zylinderraumes, die zweiten zusätzlichen
Kolben der zusätzlichen
Kolbenpaare, die an dem zusätzlichen
Zylinderraum angeordnet sind, der durch den zweiten Endflansch begrenzt
wird, in Bezug auf den zweiten Endflansch oder das Gehäuse des
Zylinderraumes unbeweglich befestigt sind, die zweiten zusätzlichen
Kolben an anderen zusätzlichen
Zylinderräumen
angeordnet sind und die zweiten Kolben des Zylinderraumes an dem Zwischenflansch
befestigt sind, an dessen gegenüberliegender
Seite die ersten zusätzlichen
Kolben des angrenzenden zusätzlichen
Zylinderraumes befestigt sind, die zusätzlichen Kolbenpaare, die in
ein und demselben zusätzlichen
Zylinderraum angeordnet sind, sich zueinander in der Richtung des
Umfangs des zusätzlichen
Zylinderraumes bewegen können.
Verschiedene Stellglieder, die ein Steuerelement aufweisen, dessen
Position drehbar einstellbar ist, und einen Einstellbereich, der
ein Vielfaches von im Wesentlichen 90°, sind hinreichend bekannt.
Solche Stellglieder umfassen zum Beispiel verschiedene Ventile.
Häufig
werden diese Stellglieder unter Verwendung von Antriebseinheiten,
die üblicherweise
druckfluidbetrieben sind, auf eine gewünschte Position eingestellt.
Ein solches Stellglied wird zum Beispiel in dem Dokument SE-390328
beschrieben.
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Bei
druckfluidbetriebenen Antriebseinheiten des Standes der Technik
wird die Energie des Druckfluids normalerweise in eine Bewegung
eines sich normalerweise linear bewegenden Kolbens oder eines ähnlichen
Teiles umgewandelt, wobei die Bewegung weiter in eine Drehbewegung
umgewandelt wird, zum Beispiel durch Anwenden einer Zahnstange und
eines Zahnrades, eines Hebels oder eines ähnlichen Übertragungsmittels. Antriebseinheiten sind
daher oft kompliziert in ihrem Aufbau, und ihre Herstellung und
Wartung sind kostspielig und zeitaufwändig. Solche Antriebseinheiten
erfordern natürlich einen
recht großen
Einbauraum, so dass es schwierig ist, diese in Verbindung mit Stellgliedern
zu positionieren. Die Kraft einer Antriebseinheit ist auch relativ
gering in Bezug auf den Platz, den sie erfordert. Weiterhin bewirken
komplizierte Kraftübertragungs-Lösungen Spiel
und Toleranz, die eine präzise Einstellung
des Stellgliedes verhindern und die sich über die Lebensdauer des Stellgliedes
verschlechtern.
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Ein
Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Antriebseinheit
bereitzustellen, bei der die oben genannten Nachteile überwunden
werden.
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Die
erfindungsgemäße Antriebseinheit
ist dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinheit Druckfluidleitungen
umfasst, die voneinander getrennt sind, um Druckfluid in einen jeweiligen
Zylinderraum oder einen zusätzlichen
Zylinderraum unabhängig
von dem anderen Zylinderraum oder zusätzlichen Zylinderräumen hinein
und aus diesem oder diesen heraus zu fördern.
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Ein
wesentlicher Aspekt der Erfindung besteht darin, dass die Antriebseinheit
einen ringförmigen
Zylinderraum und wenigstens zwei Paare von Kolben, die in dem Zylinderraum angeordnet
sind und sich in Bezug zueinander bewegen, umfasst, wobei ein erster
Kolben in dem Kolbenpaar so angeordnet ist, dass er sich um die
Achse des Zylinderraumes dreht, und ein zweiter Kolben unbeweglich
in Bezug auf wenigstens einen Endflansch des Zylinderraumes oder
des Gehäuses
des Zylinderraumes ist, sowie Druckfluidleitungen, um Druckfluid
in die Räume
zwischen den Kolben und aus diesen heraus zu fördern. Ein weiterer Aspekt
der Erfindung besteht darin, dass die Antriebseinheit eine Übertragungswelle
umfasst, um die Bewegung der Kolben zu übertragen, die so angeordnet
sind, dass sie sich in Bezug auf den Zylinderraum zu den Steuerelementen eines
Stellgliedes drehen, um die Position der Steuerelemente einzustellen.
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Zusätzlich besteht
ein Aspekt eines bevorzugten Ausführungsbeispieles darin, dass
ein zusätzlicher
Zylinderraum koaxial zu dem Zylinderraum bereitgestellt wird; dass
der Zylinderraum und der zusätzliche
Zylinderraum durch einen Zwischenflansch, der so angeordnet ist,
dass er sich um die Welle des Zylinderraumes und die Kraftübertragungsvorrichtung
dreht, voneinander getrennt sind, wobei die zweiten Kolben des Kolbenpaares
unbeweglich auf der Zylinderseite des Flansches angeordnet sind; und
dass der zusätzliche
Zylinderraum mit wenigstens zwei zusätzlichen Kolbenpaaren versehen
ist, von denen der erste zusätzliche
Kolben unbeweglich auf der Seite des zusätzlichen Zylinderraumes des Zwischenflansches
angeordnet ist, wobei ein zweiter zusätzlicher Kolben unbeweglich
an dem Flansch angeordnet ist, der den zusätzlichen Zylinderraum so schließt, dass
die zusätzlichen
Kolben in der Richtung des Umfanges des zusätzlichen Zylinderraumes drehen
können,
wodurch die Übertragungswelle
in Bezug auf den Flansch gedreht werden kann, der den zusätzlichen
Zylinderraum schließt,
indem Druckfluid in den Zylinderraum und den zusätzlichen Zylinderraum zugeführt wird,
wodurch der größte Drehwinkel
der Übertragungswelle
erhöht
werden kann.
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Ein
zweites bevorzugtes Ausführungsbeispiel
beruht auf dem Gedanken, dass die Übertragungswelle direkt zu
der Welle des Stellgliedes der Antriebseinheit angeordnet ist, wobei
die Anordnung zwischen der Antriebseinheit und dem Stellglied möglichst
einfach ist. Ein drittes bevorzugtes Ausführungsbeispiel basiert auf
dem Gedanken, dass das Druckfluid in der Antriebseinheit eine wasserbasierte Flüssigkeit
oder ein Wasserdampf ist. Das Druckfluid kann ebenso ein Prozessfluid
sein.
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Ein
Vorteil der Erfindung besteht darin, dass die Antriebseinheit in
Bezug auf ihre Steuerkraft klein ist; daher kann die Einheit auch
in einem engen Raum platziert werden. Ein weiterer Vorteil besteht darin,
dass der Aufbau der Antriebseinheit einfach ist, wodurch ihre Herstellungs-
und Wartungskosten gering sind. Die Antriebseinheit erzeugt eine
Drehbewegung direkt; daher werden keine Kraftübertragungsvorrichtungen, die
ihren Aufbau komplizieren, zwischen der Antriebseinheit und dem
Stellglied benötigt.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass bei der erfindungsgemäßen Antriebseinheit
entweder Wasser oder eine wässrige
Lösung
als Druckfluid verwendet werden können, wodurch das Stellglied äußerst sicher,
umweltfreundlich und wirtschaftlich in der Anwendung wird.
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Die
Erfindung wird in den anhängenden Zeichnungen
detaillierter beschrieben.
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Kurze Beschreibung der
Zeichnungen:
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1 ist
eine schematische teilweise Schnittdarstellung einer Anordnung einer
Antriebseinheit, aus einer axialen Richtung gesehen.
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2 ist
eine schematische teilweise Seitenschnittdarstellung der Anordnung
der in 1 gezeigten Antriebseinheit.
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3 ist
eine schematische Ansicht einer Anordnung einer Antriebseinheit,
dargestellt in einer Explosionszeichnung.
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4 ist
eine schematische Teilschnittdarstellung eines Ausführungsbeispieles
der erfindungsgemäßen Antriebseinheit,
und
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5a veranschaulicht
schematisch eine Explosionsdarstellung des Ausführungsbeispieles der in 4 gezeigten
Antriebseinheit, wobei die 5b und 5c einige
Details aus 5a im Schnitt veranschaulichen.
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1 ist
eine schematische teilweise Schnittdarstellung einer Anordnung einer
Antriebseinheit, aus einer axialen Richtung gesehen. Es ist zu beachten,
dass die in 1 sowie in den 2 und 3 gezeigten
Anordnungen in den Patentansprüchen
nicht beansprucht werden. Die Antriebseinheit umfasst einen ringförmigen geschlossenen
Zylinderraum 1, der von einem Gehäuse 2 des Zylinderraumes
umgeben ist. In der Mitte des Zylinderraumes 1 befindet
sich eine Übertragungswelle 4,
die koaxial zu dem Zylinderraum angeordnet und drehbar in Bezug
auf einen Endflansch ist, wobei eine Muffe 8 unbeweglich
an der Welle angeordnet ist. An der Muffe 8 sind erste
Kolben 3 angeordnet, die symmetrisch in Bezug auf den Zylinderraum 1 an
der Muffe befestigt sind und die sich in der Richtung des Umfanges
des Zylinderraumes drehen, wobei die Kolben im Wesentlichen die
gleiche Form wie der Querschnitt des Zylinderraumes 1 aufweisen.
In dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel
ist die Muffe 8 an der Übertragungswelle 4 befestigt,
und die ersten Kolben 3 sind mittels Zapfenendverbindungen 9, 10 oder ähnlichem
an der Muffe befestigt.
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Die
Endflansche, die den Zylinderraum 1 schließen, sind
mit drei zweiten Kolben 5 versehen, die unbeweglich in
Bezug auf die Endflansche und symmetrisch in Bezug auf den Zylinderraum 1 angeordnet
sind, wobei die Kolben im Wesentlichen die gleiche Größe und Form
haben wie der Querschnitt des Zylinderraumes 1. Die ersten
Kolben 3 und die zweiten Kolben 5 bilden drei
Kolbenpaare, wobei die Kolben 3, 5 in den Paaren
so angeordnet sind, dass sie sich in Bezug zueinander bewegen. Die
zweiten Kolben 5 sind mittels Zapfen 7, die durch
die Kolben hindurchgehen und deren Enden in Aussparungen passen,
die an den Endflanschen ausgebildet sind, an den Flanschen befestigt.
Es ist zu beachten, dass die Veranschaulichung der Figur der besseren Übersichtlichkeit
wegen die Endflansche nicht zeigt.
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Weiterhin
sind die erste Druckfluidleitung 6a und die zweite Druckfluidleitung 6b durch
die Endflansche zu dem Zylinderraum 1 angeordnet, um Druckfluid
in den Zylinderraum 1 hinein und aus diesem heraus zu führen. Die
Druckfluidleitungen 6a, 6b sind so angeordnet,
dass die ersten Druckfluidleitungen 6a zu dem ersten Endflansch
und die zweiten Druckfluidleitungen 6b zu dem zweiten Endflansch angeordnet
sind. Die Druckfluidleitungen 6a, 6b sind mit
beiden Seiten der zweiten Kolben 5 verbunden: die ersten
Leitungen 6a zu einem Teil des Zylinderraumes 1,
der mit V1 bezeichnet ist, und die zweiten Leitungen 6b zu
einem Teil des Zylinderraumes 1, der dementsprechend mit
V2 bezeichnet ist. Die Druckfluidvorrichtungen 6a, 6b sind
so zu den Endflanschen angeordnet, dass sich ihre Öffnungen
auf der Seite des Zylinderraumes 1 teilweise hinter den zweiten
Kolben 5 befinden. Rillen 11 sind daher auf den
zweiten Kolben 5 an Stellen entsprechend den Druckfluidleitungen 6a, 6b ausgebildet,
wobei sich die Rillen in der Richtung der Oberfläche der Kolben 5 in
einem Abstand von dem Flansch und von der Öffnung der Druckfluidleitung 6a, 6b und
aus dem Zylinderraum 1 erstrecken. Die beschriebene Anordnung der
Druckfluidleitungen 6a, 6b ermöglicht, dass die Querschnittsfläche der
Leitungen 6a, 6b mit dem Ziel erhöht werden
kann, den Strömungswiderstand
zu reduzieren, ohne die Bewegung des ersten Kolbens 3 und
des zweiten Kolbens 5 zueinander unnötig einzuschränken. Die
Rillen 11 können
natürlich
ebenso an den ersten Kolben 3 oder auf andere Weise ausgebildet
werden.
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Wenn
die Übertragungswelle 4 in
Bezug auf den Endflansch in die durch den Pfeil K angedeutete Richtung
gedreht werden soll, wird das Druckfluid durch die ersten Leitungen 6a zu
dem Teil V1 in dem Zylinderraum 1 zugeführt. Da die zweiten Druckfluidleitungen 6b gleichzeitig
zu dem Teil V2 offen sind, bewirkt der Druck des Druckfluids in
dem Teil V1, dass sich der Kolben 5 bewegt und dass sich
die Übertragungswelle 4 in
die mit dem Pfeil K angedeutete Richtung dreht, wobei Druckfluid
aus dem Teil V2 durch die zweiten Leitungen 6b herausströmt. Die Übertragungswelle 4 dreht
sich in einer entgegengesetzten Richtung in Bezug auf die Richtung
K auf eine entsprechende Art und Weise, wenn Druckfluid durch die
zweiten Leitungen 6b zu dem Teil V2 zugeführt wird
und die ersten Druckfluidleitungen 6a offen gehalten werden,
um Druckfluid aus dem Teil V1 austreten zu lassen. In dem in der
Figur gezeigten Ausführungsbeispiel
beträgt
die größte kontinuierliche Drehbewegung
der Übertragungswelle 4 etwa
90°. Die
Kolben 5, 6 können
so geformt bzw. ihre Anzahl kann so geändert werden, dass der Winkel
der größten kontinuierlichen
Drehbewegung verringert oder vergrößert wird.
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2 ist
eine schematische teilweise Schnittdarstellung der Anordnung der
in 1 gezeigten Antriebseinheit. Die in der Figur
verwendeten Verweisziffern entsprechen denen in 1.
Die Antriebseinheit umfasst den Zylinderraum 1, der durch das
Gehäuse 2 begrenzt
wird, einen ersten Endflansch 12 und einen zweiten Endflansch 13.
Die Übertragungswelle 4 ist
koaxial zu dem Zylinderraum 1 angeordnet, wobei die Welle
zum Beispiel in Gleit- oder Kugellagern 19 mit jedem Endflansch 12, 13 befestigt
ist. Zusätzlich
ist eine Durchführung
der Übertragungswelle 4 in
den Endflanschen 12, 13 mit einer Wellendichtung 18 abgedichtet.
Die Endflansche 12, 13 sind weiterhin mit zweiten
Kolben 5 versehen, die beweglich in Bezug auf die Endflansche
angeordnet sind. Die ersten Kolben 3 sind wiederum mit
einem Zapfen 10 an der Muffe 8 befestigt, wobei
die Muffe 8 weiterhin mit einem Zapfen an der Übertragungswelle 4 befestigt
ist. Die ersten Kolben 3 und die zweiten Kolben 5 sind
im Wesentlichen von der gleichen Farm und Größe wie der Querschnitt des
Zylinderraumes 1.
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Analog
zu der Beschreibung in Verbindung mit 1 führen die
ersten Druckfluidleitungen 6a und die zweiten Druckfluidleitungen 6b zu
dem Zylinderraum 1. Die ersten Druckfluidleitungen 6a führen zu
einer Druckfluid-Verbindungsleitung 14a, die durch das
Gehäuse 2 und
eine durch Drehen oder auf andere geeignete Weise auf dem Außenumfang des
ersten Endflansches 12 ausgebildete Rille gebildet wird,
wobei die Verbindungsleitung im Wesentlichen den gesamten ersten
Endflansch 12 umschließt.
Dementsprechend sind die zweiten Druckfluidleitungen 6b mit
einer Verbindungsleitung 14b verbunden, die zu dem zweiten
Endflansch 13 angeordnet ist. Weiterhin führen beide
Verbindungsleitungen 14a, 14b durch Verbindungskanäle 15 und Druckkupplungen 16,
die durch das Gehäuse 2 hindurch
gehen, aus der Antriebseinheit hinaus. Auf beiden Seiten der Verbindungsleitungen 14a, 14b befinden
sich Dichtungen 17, wie zum Beispiel Runddichtringe, die
den Endflansch 12, 13 gegen das Gehäuse 2 so
abdichten, dass Druckfluid nicht aus der Verbindungsleitung 14a, 14b austreten
kann.
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Die
Antriebseinheit kann durch einfaches Öffnen und Schließen von
Befestigungselementen 21, die zwischen Befestigungsringen 20 angeordnet sind,
die die Endflansche 12, 13 umschließen, demontiert
und montiert werden. Die Endflansche 12, 13 sind
vorzugsweise gleichartig zueinander. Der Aufbau der Antriebseinheit
ist sehr einfach; sie umfasst nur wenige Teile und ist daher wirtschaftlich
in der Herstellung und zuverlässig
im Betrieb.
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Die Übertragungswelle 4 kann
entweder direkt mit einem Steuerelement eines steuerbaren Stellgliedes,
wie zum Beispiel mit einer Steuerwelle eines Strömungsventils, verbunden werden,
oder die Übertragungswelle 4 kann
mit einem Zahnrad oder zum Beispiel einem Hebel verbunden werden,
die die Bewegung der Antriebseinheit auf das Stellglied übertragen.
In Abhängigkeit
von der Anwendung ist die Antriebseinheit unbeweglich zum Beispiel
von dem Gehäuse 2,
dem Endflansch 12, 13 oder dem Befestigungsring 20 mit
einem geeigneten Befestigungspunkt verbunden, der in der Figur der
Einfachheit und besseren Übersichtlichkeit
wegen nicht gezeigt wird. Der Befestigungs punkt kann zum Beispiel der
Rahmen des von der Antriebseinheit verwendeten Stellgliedes sein.
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3 veranschaulicht
schematisch eine Explosionsdarstellung einer anderen Anordnung einer Antriebseinheit.
Die in 3 verwendeten Verweisziffern entsprechen den in
den vorhergehenden Figuren verwendeten. Das Gehäuse 2, das den kreisförmigen Zylinderraum 1 umschließt, ist
mit den Kupplungen 16a, 16b versehen, um Druckfluid
in die Antriebseinheit hinein und aus dieser heraus zu führen. Eine
jede Kupplung 16a, 16b ist mit einer separaten Verbindungsleitung 14a, 14b,
den Druckfluidleitungen 6a, 6b, die von den Verbindungsleitungen
weiter zu dem Zylinderraum 1 führen, verbunden.
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Um
Befestigungsmittel bereitzustellen, ist das Gehäuse 2 mit einem Befestigungssockel 22 zum
Befestigen des Rahmens der Antriebseinheit mit Zapfen oder ähnlichen
Befestigungsmitteln an einem geeigneten Ort versehen. In diesem
Zusammenhang umfasst der Rahmen der Antriebseinheit das durch die
Endflansche 12, 13 und das Gehäuse 2 gebildete Element.
Die Befestigungsmittel können
natürlich von
den in der Figur gezeigten abweichen. Da die Verbindungsleitungen 14a, 14b im
Wesentlichen den gesamten Endflansch 12, 13 umschließen, können die
Druckkupplungen 16 in Bezug auf das Befestigungsbett 22 zu
einem geeigneten Ort auf dem Umfang des Gehäuses 2 frei positioniert
werden. Die ersten Kolben 3 sind mit Zapfen 10,
die enganliegend in in den Kolben 3 und der Muffe 8 bereitgestellte Öffnungen
passen, zu der Muffe 8 angeordnet. Die zweiten Kolben 5 und
die ersten Kolben 3 können
zum Beispiel durch Schneiden eines scheibenförmigen Rohteiles hergestellt
werden. Jeder der zweiten Kolben 5 ist mit zwei Zapfen 7,
die sich durch den Kolben erstrecken, an den Endflanschen 12, 13 befestigt. Anstelle
der Zapfen 7, 10 können die Kolben 3, 5 und die
Muffe 8 natürlich
mit anderen an sich bekannten Befestigungsmitteln und Befestigungsmethoden,
wie zum Beispiel Schrauben, Bolzenschrauben, Splintverbindungen,
Schweißen,
Kleben oder ähnliches, befestigt
werden.
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Die
Muffe 8 und die ersten Kolben 3 können auch
aus einem Teil ausgebildet werden, in welchem Fall die Zapfen 10 natürlich nicht
benötigt
werden. Das aus einem Stück
gefertigte Teil, das die ersten Kolben 3 und die Muffe 8 umfasst,
kann zum Beispiel durch Bearbeiten eines Gussteiles hergestellt
werden. Die Kombination aus den ersten Kolben 3 und der
Muffe 8 ist insbesondere vorteilhaft, wenn diese aus Kunststoff
hergestellt werden. Die ersten Kolben 3 und die Muffe 8 können dann
durch Extrudieren eines durchgehenden Profils, das die Muffe und
die Kolben umfasst, hergestellt werden, wobei geeignete Abschnitte
dann von dem Profil abgeschnitten und zu der Antriebseinheit angeordnet
werden. Die Übertragungswelle 4 und
ihre ersten Kolben 3 können
auch direkt, ohne eine Zwischenmuffe, aneinander befestigt werden.
In diesem Fall können
die Übertragungswelle 4 und
die ersten Kolben 3 ein gleichförmiges Teil ausbilden, und
sie können
zum Beispiel unter Verwendung eines geeigneten Kunststoffmaterials hergestellt
werden.
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In
einem bevorzugten Ausführungsbeispiel, das
insbesondere für
kleine Druckfluiddrücke
geeignet ist, werden die Hauptteile der Antriebseinheit, wie zum
Beispiel das Gehäuse 2,
die Kolben 3, 5 und die Endflansche 12, 13 aus
einem geeigneten Kunststoffmaterial anstelle herkömmlicher
Metallwerkstoffe, die im Maschinenbau verwendet werden, hergestellt,
wodurch eine besonders leichte Konstruktion erzielt wird. Das in
einer aus Kunststoff hergestellten Antriebseinheit verwendete Druckfluid
kann vorteilhaft Wasser sein, das kostengünstig, sicher und umweltfreundlich
ist. Die Oberflächen
der ersten Kolben 3 und der zweite Kolben 5, die
dem Zylinderraum 1 zugewandt sind, können konkav gestaltet werden, wobei
der Druck des Druckfluids auf einen Kolben wirkt, wodurch die Ränder der
fraglichen Oberflächen auf
geeignete Weise bestrichen werden, wodurch die Kolben gegen ihre
Gegenfläche
abgedichtet werden.
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4 ist
eine schematische Teilschnittdarstellung eines Ausführungsbeispiels
der erfindungsgemäßen Antriebseinheit.
Die Antriebseinheit umfasst zusätzlich
zu dem Zylinderraum 1 einen ringförmigen ersten zusätzlichen
Zylinderraum 23a und einen zweiten zusätzlichen Zylinderraum 23b.
Der erste zusätzliche
Zylinderraum 23a ist getrennt von dem Zylinderraum 1 mit
einem ersten Zwischenflansch 24a und ist weiterhin von
dem zweiten zusätzlichen Zylinderraum 23b mit
einem zweiten Zwischenflansch 24b getrennt. Weiterhin wird
der zweite zusätzliche
Zylinderraum 23b mit einem zweiten Endflansch 13 geschlossen.
Die Zwischenflansche 24a, 24b können sind
so drehbar in Bezug auf die Welle 24, das Gehäuse 2 und
die Endflansche 12, 13 angeordnet werden, dass
sich die Zwischenflansche 24a, 24b in Bezug auf
den Zylinderraum 1 und die zusätzlichen Zylinderräume 23a, 23b um
die Übertragungswelle
drehen können.
Die Zwischenflansche 24a, 24b sind vorzugsweise
zum Beispiel in Gleitlagern zu der Übertragungswelle 4 angeordnet.
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An
der Übertragungswelle 4 ist
eine Muffe 8 mittels eines Zapfens 9 befestigt,
wobei die ersten Kolben mit den Befestigungszapfen 10 an
der Muffe 8 befestigt sind. Im Interesse der besseren Übersichtlichkeit
der Veranschaulichung werden die ersten Kolben in der Figur nicht
gezeigt. Dementsprechend werden die in dem Zylinderraum 1 (in
der Figur ebenfalls nicht gezeigt) angeordneten zweiten Kolben mittels
Befestigungszapfen 27 an dem ersten Zwischenflansch 24a befestigt.
Mit anderen Worten sind die zweiten Kolben beweglich in Bezug auf
den ersten Endflansch 12 angeordnet. Die Befestigung der
Muffe 8 an der Übertragungswelle 4 und
die Befestigung der Kolben an der Muffe 8 und dem Zwischenflansch 24a kann
natürlich
auf an sich bekannte alternative Arten ausgeführt werden.
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Die
ersten Kolben in dem zusätzlichen
Kolbenpaar, das in dem ersten zusätzlichen Zylinderraum 23a angeordnet
ist, sind mit Befestigungszapfen 27 an der Seite des ersten
Zwischenflansches 24a befestigt, die dem zusätzlichen
Zylinderraum 23a zugewandt ist, wobei die zweiten Kolben
dementsprechend an dem zweiten Zwischenflansch 24b angeordnet
sind. Die Zwischenflansche 24a, 24b und die daran
befestigten zusätzlichen
Kolben können sich
in Bezug aufeinander in der Richtung des Umfanges des zusätzlichen
Zylinderraumes 23a bewegen. Die ersten Kolben in dem an
dem zweiten zusätzlichen
Zylinderraum 23b angeordneten zusätzlichen Kolbenpaar sind dementsprechend
mit den Befestigungszapfen 27 an der Seite des zweiten
Zwischenflansches 24b befestigt, der dem zweiten zusätzlichen
Zylinderraum 23b zugewandt ist, und die zweiten Kolben
sind dementsprechend an dem zweiten Endflansch 13 befestigt,
wodurch ermöglicht wird,
dass sich die zusätzlichen
Kolben in Bezug zueinander in der Richtung des Umfanges des zweiten zusätzlichen
Zylinderraumes 23b bewegen. Sowohl die Kolben als auch
die zusätzlichen
Kolben sind symmetrisch in Bezug auf ihre Zylinderräume angeordnet.
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Um
zu ermöglichen,
dass die zusätzlichen Kolben
in derselben Größe wie die
Kolben 3, 5 hergestellt werden können, sind
beide zusätzlichen
Zylinder mit Muffenkonstruktionen entsprechend den Muffen 8 versehen.
In dem ersten zusätzlichen
Zylinderraum 23a wird die Muffenkonstruktion mittels einer
Muffe 29 bereitgestellt, die mit einem Befestigungsmittel 28 an
dem Zwischenflansch 24a befestigt ist, wohingegen die Muffenkonstruktion
des zweiten zusätzlichen
Zylinders 23b mittels einer bundförmigen Konstrukti on 30 bereitgestellt
wird, die ein integriertes Teil des zweiten Zwischenflansches 24b bildet.
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Die
Verbindungsleitungen 14a bis 14f für das Druckfluid
und die Druckfluidleitungen 6a bis 6f, die zu
dem Zylinderraum 1 und den zusätzlichen Zylinderräumen 23a, 23b führen, sind
zu den Zwischenflanschen 24a und 24b angeordnet.
Die erste und die zweite Verbindungsleitung 14a, 14b,
die in dem ersten Zwischenflansch 24a gebildet worden sind,
führen
zu dem Zylinderraum 1, und die fünfte und die sechste Verbindungsleitung 14e, 14f,
die in dem zweiten Zwischenflansch 24b gebildet worden
sind, führen
zu dem zweiten zusätzlichen
Zylinderraum 23b. Die dritte Verbindungsleitung 14c,
die zu dem ersten zusätzlichen
Zylinderraum 23a führt,
ist in dem ersten Zwischenflansch 24a ausgebildet, und
die vierte Leitung 14d ist in dem zweiten Zwischenflansch 24b ausgebildet.
Die zweite und die vierte Verbindungsleitung 14b, 14e,
die die mittleren Leitungen in den Zwischenflanschen 24a, 24b sind,
sind tiefer ausgebildet als die äußere erste
und sechste Verbindungsleitung 14a, 14f, die mit
den gleichen Zylinderräumen
verbunden sind, wodurch geeignete Druckfluidleitungen 6b, 6e somit
problemlos zu den mittleren Verbindungsleitungen 14b, 14e angeordnet werden
können,
zum Beispiel durch Bohren oder auf andere ähnliche Art und Weise. Die
Verbindungsleitungen sind voneinander und von den Zylinderräumen mit
Dichtungen 17 getrennt. Die Verbindungsleitungen 14a bis 14f sind über die
Druckfluidkupplung 16, die zu dem Gehäuse 2 angeordnet ist,
mit einer Druckfluidquelle gekoppelt. Zur Vereinfachung und der
besseren Übersichtlichkeit
wegen zeigt die Figur nur die Druckfluidkupplung 16 und
die sechste Verbindungsleitung 14f.
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Zum
Beispiel sind die Druckfluidleitungen 6e und 6f,
die zu der fünften
und der sechsten Verbindungsleitung 14e, 14f angeordnet
sind, mit dem zweiten zusätzlichen
Zylinderraum 23b verbunden, und genauer mit den gegenüberliegenden
Seiten des zusätzlichen
Kolbens, der mit dem zweiten Zwischenflansch 24b in dem
zweiten Zylinderraum 23b verbunden ist. Ähnliche
Leitungen führen
in einer entsprechenden Art und Weise von der fünften und sechsten Verbindungsleitung 14e, 14f zu
den gegenüberliegenden
Seiten eines jeden zusätzlichen
Kolbens, die mit dem zweiten Zwischenflansch 24b verbunden
sind. Die vierte Verbindungsleitung 14d wiederum ist über die
Druckfluidleitung 6d in der oben beschriebenen Art und
Weise mit dem ersten zusätzlichen
Zylinderraum 23a verbunden. Dementsprechend sind die erste
und die zweite Verbindungsleitung 14a, 14b der
Verbindungsleitungen des ersten Zwischenflansches mit den gegenüberliegenden
Seiten der Kolben verbunden, die zu dem Zylinderraum 1 angeordnet
und an dem ersten Zwischenflansch 24a befestigt sind, und
die dritte Verbindungsleitung 14c ist mit der anderen Seite
des zusätzlichen
Kolbens verbunden, der an dem ersten Zwischenflansch 24a des
ersten zusätzlichen
Zylinderraumes 23a befestigt ist. Die Druckfluidleitungen 6c, 6d des
ersten zusätzlichen
Zylinderraumes 23a können
natürlich angeordnet
sein, um zu beiden Seiten der zusätzlichen Kolben zu führen.
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In
dem in 4 gezeigten Ausführungsbeispiel der Erfindung
sind der Zylinderraum 1, der erste zusätzliche Zylinderraum 23a und
der zweite zusätzliche
Zylinderraum 23b mit drei Kolbenpaaren, zum Beispiel ähnlich symmetrisch
zu dem entsprechenden Zylinderraum wie in den 1 bis 3 gezeigt, versehen.
Der besseren Übersichtlichkeit
der Veranschaulichung wegen zeigt die Figur die Kolben nicht. Dementsprechend
beträgt
in jedem Zylinderraum, d.h. in dem Zylinderraum 1 sowie
in den beiden zusätzlichen
Zylinderräumen 23a, 23b die
größte Drehbewegung
der Kolbenpaare etwa 90°.
Da wenigstens ein Kolben in jedem Kolbenpaar oder zusätzlichem Kolbenpaar
an dem gleichen drehbar verbundenen Zwischenflansch 24a, 24b als
einem der Kolben in einem Kolbenpaar in dem nebenliegenden Zylinderraum
befestigt ist, kann die Bewegung der Kolbenpaare kombiniert werden,
indem das Druckfluid auf geeignete Art und Weise geführt wird,
um eine größte Drehbewegung
von 3 × 90° = 270° zwischen
der Übertragungswelle
und dem Rahmen der Antriebseinheit zu erzielen. Zur Veranschaulichung
dessen werden die Drehwinkel der Zwischenflansche 24a, 24b und
der Übertragungswelle 4 in
Bezug auf den zweiten Endflansch 13, der Teil des Rahmens
ist, gezeigt, wenn die Welle um die 270° gedreht ist. Wenn die Übertragungswelle 4 weniger
gedreht werden soll, wie zum Beispiel um 180°, kann die Drehung ausgeführt werden,
indem die zusätzlichen
Kolbenpaare des zweiten zusätzlichen
Zylinderraumes 23b in Bezug zueinander verriegelt werden
und indem das Druckfluid verwendet wird, um die Kolbenpaare des
Zylinderraumes 1 und des ersten zusätzlichen Zylinderraumes 23a um
90° in die
gleiche Richtung in Bezug zueinander zu drehen. Die zusätzlichen
Kolbenpaare können
zum Beispiel in Bezug zueinander verriegelt werden, indem der Strom
des Druckfluids entweder zu einer Seite des zusätzlichen Kolbenpaares des zusätzlichen
Zylinderraumes 23a, 23b oder zu beiden Seiten
desselben abgesperrt wird oder indem ein Unterdruck auf einer Seite
des zusätzlichen Kolbenpaares
aufrecht erhalten wird, indem das Druckfluid von dieser Seite weggenommen
wird. Die Kolbenpaare in dem Zylinderraum 1 können auf
die gleiche Art und Weise in Bezug zueinander verriegelt werden.
Eine weitere Alternative, um den Drehwinkel von 180° zu erhalten,
ist, die Kolbenpaare des ersten zusätzlichen Zylinders 23a zu
verriegeln und die Kolbenpaare des Zylinderraumes 1 und
des zusätzlichen
Zylinderraumes 23b in Bezug zueinander zu drehen. Dementsprechend
wird ein Drehwinkel von 90° erzielt,
indem die Kolbenpaare entweder beider zusätzlicher Zylinderräume 23a, 23b oder
des Kolbens eines der zusätzlichen
Zylinderräume 23a, 23b und
des Zylinderraumes 1 verriegelt werden. Die Kolbenpaare
in dem Zylinderraum 1 können
auch dann in Bezug zueinander gedreht werden, wenn kein Druck in
den zusätzlichen
Zylinderräumen 23a, 23b vorliegen
würde.
Der Grund dafür
ist der, dass der Druck des Druckfluids in dem Zylinderraum 1 den ersten
Zwischenflansch 24a und weiterhin den zweiten Zwischenflansch 24b von
dem Zylinderraum 1 weg in Richtung der Übertragungswelle 4 gegen
den zweiten Endflansch 13 drückt, wobei die durch das Drücken verursachte
Reibung den ersten Zwischenflansch 24a in der Stellung
verriegelt. Dies ermöglicht,
dass die Kolben, die unbeweglich in Bezug auf die Übertragungswelle 4 angeordnet
sind, in Bezug auf den ersten Zwischenflansch 24a gedreht
werden können.
Wenn dementsprechend Druck der Druckfluids in dem Zylinderraum 1 oder
in dem zusätzlichen Zylinderraum 23a, 23b verbleibt,
verriegeln die Reibungskräfte,
die durch den Druck und die Wirkung auf die Zwischenflansche 24a, 24b verursacht
werden, die Übertragungswelle 4 in
ihrer aktuellen Position. Die Übertragungswelle 4 kann
auch in Position verriegelt werden, indem das Druckfluid verwendet wird,
um die Kolbenpaare aller Zylinderräume 1, 23a und 23b in
Bezug zueinander zu verriegeln. Andererseits kann durch Öffnen aller
Druckfluidleitungen die Übertragungswelle 4 freigegeben
werden, um sich um 270° in
Bezug zu dem Rahmen der Antriebseinheit frei zu drehen.
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Die
Anzahl der Kolbenpaare, die in dem Zylinderraum 1 und in
den zusätzlichen
Zylinderräumen 23a, 23b angeordnet
werden, kann ebenso eine von drei abweichende Anzahl sein. Mit abnehmender
Anzahl der Kolben erhöht
sich der Drehwinkel zwischen den Kolbenpaaren des Zylinderraumes 1 oder
der zusätzlichen
Zylinderräume 23a, 23b.
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Die
Antriebseinheit kann in Abhängigkeit
von den Anforderungen der fraglichen Anwendung mit einem oder mit
mehreren zusätzlichen
Zylinderräumen 23a, 23b versehen
werden. Die Anzahl der zusätzlichen
Zylinderräume 23a, 23b,
d.h. der größte Drehwin kel,
ist leicht zu entscheiden: eine notwendige Anzahl von Zwischenflanschen 24a, 24b wird
einfach in das Gehäuse 2 gestapelt,
das sodann geeignet dimensioniert wird.
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5a veranschaulicht
schematisch eine Explosionsdarstellung des Ausführungsbeispiels der in 4 gezeigten
erfindungsgemäßen Antriebseinheit.
Die 5b, 5c veranschaulichen schematisch
eine Schnittdarstellung einiger Details aus 5a. Der
Zylinderraum 1 der Antriebseinheit umfasst drei Kolbenpaare,
die symmetrisch in Bezug auf den Zylinderraum 1 angeordnet
sind, wobei ein jedes Kolbenpaar einen ersten Kolben 3' und einen zweiten Kolben 5' umfasst. Der
erste zusätzliche
Zylinderraum 23a umfasst drei gleichartig angeordnete zusätzliche
Kolbenpaare, wobei ein jedes Kolbenpaar einen ersten zusätzlichen
Kolben 31 und einen zweiten zusätzlichen Kolben 32 umfasst.
Weiterhin sind drei zusätzliche
Kolbenpaare in dem zweiten zusätzlichen
Zylinderraum 23b angeordnet, wobei ein jedes Kolbenpaar
einen ersten zusätzlichen
Kolben 33 und einen zweiten zusätzlichen Kolben 34 umfasst.
Die Grundform der Kolben 3', 5' und der zusätzlichen Kolben 31 bis 34 ist
gleich, und daher können
alle Kolben unter Verwendung gleichartiger Rohteile und grundlegend
gleichartiger Arbeitsverfahren hergestellt werden. Die ersten Kolben 3' und die zweiten zusätzlichen
Kolben 34 des zweiten zusätzlichen Zylinders werden nicht
mit Druckfluidleitungen versehen, und sie sind vorzugsweise baugleich,
mit Ausnahme der Bohrungen, die für ihre Befestigung oder für andere ähnliche
Befestigungselemente benötigt werden.
Die zweiten Kolben 5' und
die zusätzlichen ersten
Kolben 33 des zweiten zusätzlichen Zylinderraumes sind
vorzugsweise vollständig
baugleich, da Rillen 11 für die Druckfluidleitungen auf
beiden Seiten der Kolben angeordnet sind. Weiterhin sind der erste und
der zweite zusätzliche
Kolben 31, 32 des ersten zusätzlichen Zylinders vorzugsweise
gleichartig, wobei eine Rille 11 für die Druckfluidleitungen auf
einer Seite des zusätzlichen
Zylinders angeordnet ist.
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Die 5b und 5c zeigen
ein Detail der Konstruktion der Druckfluidleitungen des ersten Zwischenflansches 24a und
derjenigen des zweiten Zwischenflansches 24b. Die Verbindungsleitungen 14a bis 14f und
die Dichtungsrillen der Dichtungen 17, die an dieselben
angrenzen, werden zum Beispiel durch Drehen oder durch ein anderes
dem Durchschnittsfachmann hinlänglich
bekanntes Verfahren hergestellt. Die Druckfluidleitungen 6a bis 6f zwischen
den Verbindungsleitungen 14a bis 14f werden wiederum zum
Beispiel durch Bohren hergestellt. Die in den Figuren gezeigten
Druckfluidleitungen 6a bis 6f sind im Wesentlichen
senkrecht zu dem Zwischenflansch 24a, 24b angeordnet,
sie können
jedoch auch in einem anderen Winkel angeordnet werden.
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Die
Zeichnungen und die zugehörige
Beschreibung dienen lediglich der Veranschaulichung des Erfindungsgedankens.
Die Details der Erfindung können
innerhalb des Erfindungsbereiches der Patentansprüche abweichen.
Der Querschnitt der Kolben 3, 5 und der zusätzlichen
Kolben 31 bis 34 in der Richtung der Welle 4 kann
daher von den in den Figuren gezeigten abweichen. Analog dazu können auch
die Größe der Kolben 3, 5 und
der zusätzlichen Kolben 31 bis 34 sowie
die Anzahl der Kolben, die in den Zylinder und die zusätzlichen
Zylinderräume 1, 23a, 23b angeordnet
sind, variieren. Das in der erfindungsgemäßen Antriebseinheit verwendete
Druckfluid kann aus verschiedenen Gasen, Gasgemischen oder Hydraulikfluiden
ausgewählt
werden.