DE3801137A1 - Druckmittelbetaetigter stellmotor - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen druckmittelbetätig­ ten Stellmotor mit in einem Zylinder hin und her beweg­ barem Kolben und einer einseitigen herausgeführten Kol­ benstange, wobei der Kolben relativ zur Kolbenstange beweglich gehalten und zu diesem Zweck sein Mittelteil zwischen an der Kolbenstange angebrachten Ringflächen angeordnet ist.

Ein bekannter Stellmotor dieser Art (US-PS 31 58 072) hat eine große Hublänge. Der Kolben besitzt einen kleinen Durchmesser und eine große axiale Länge. Infolge dieser Abmessungen ist er gut im Zylinder geführt. Da der Kolben unter Zwischenlage von elastischen Ringen an der Kolben­ stange befestigt ist, kann er sich beliebig relativ zur Kolbenstange bewegen. Es besteht daher keine Gefahr, daß der Kolben verklemmt, wenn sich das freie, den Kolben tragenden Ende der nur in einer Zylinderstirnwand geführ­ ten Kolbenstange außermittig bewegt.

Unter sonst gleichen Umständen erfordert aber der kleine Kolbendurchmesser einen vergleichsweise hohen Betäti­ gungsdruck und die Kolbenlänge trägt erheblich zur Zylin­ derlänge bei, was insbesondere bei Kurzhub-Stellmotoren ins Gewicht fällt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Stell­ motor der eingangs beschriebenen Art anzugeben, der unter sonst gleichen Voraussetzungen mit geringerem Druck betrieben und mit geringer Baulänge ausgeführt werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Außendurchmesser des Kolbens ein Mehrfaches der axialen Länge seiner Umfangsfläche beträgt und daß die Ringflächen einander so dicht benachbart sind, daß sie eine Radialführung für den Kolben bilden.

Dieser Kolben hat einen im Vergleich zur axialen Länge großen Durchmesser. Eine vorgegebene Betätigungskraft wird daher mit geringerem Druck erreicht. Auch kann die Zylinderlänge kleiner gehalten werden. Außerdem kann dem Kolben ein geringes Gewicht gegeben werden, so daß er schnell betätigbar ist. Allerdings wird ein solcher Kolben nicht mehr durch das Zusammenwirken von Umfangsfläche und Zylinder geführt; vielmehr besitzt er eine große Kippneigung, die auch bei der bekannten elastischen Einspannung auftreten und zu Verklemmungen führen würde. Aus diesem Grund ist eine Radialführung für den Kolben vorgesehen. Diese ist durch die Ringflä­ chen leicht zu bewirken, weil wegen des großen Kolben­ durchmessers eine entsprechend große Führungsfläche zur Verfügung gestellt werden kann. Abweichungen der Kolbenstangenachse von der Zylinderachse werden daher durch eine Radialverschiebung ausgeglichen. Man kann daher den Kolben mit sehr geringem Spiel (wenige µ) im Zylinder anordnen, was zu einer entsprechend guten Abdichtung führt.

Günstig ist es, daß der Mittelteil des Kolbens durch eine Ringscheibe gebildet ist, die über eine radiale Breite, welche mindestens gleich der zweifachen Ring­ scheibendicke ist, von den Ringflächen übergriffen ist. Wegen der Kolbenabmessung ist eine solche Führungsfläche ohne weiteres zu realisieren.

Vorzugsweise nehmen die Ringflächen die Ringscheibe mit so enger Passung zwischen sich auf, daß diese ein Spiel von weniger als 0,02 mm hat. Dieses Spiel reicht für eine radiale Verschiebung der Ringscheibe aus, hält diese aber exakt in der vorgegebenen Ebene.

Die Dicke der Ringscheibe ist zweckmäßigerweise kleiner als die axiale Länge der Umfangsfläche. Dies führt zu einem sehr leichten Kolben.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind die beiden Ringflächen durch zwei Führungsscheiben gebildet, die unter Zwischenlage eines Abstandshalters an der Kolben­ stange befestigt sind. Eine solche Konstruktion läßt sich leicht herstellen und montieren.

Insbesondere kann der Abstandshalter am Innenumfang der einen Führungsscheibe einstückig mit ihr ausgebildet sein. Es brauchen daher lediglich zwei Bauteile montiert zu werden.

Vorzugsweise sind die beiden Führungsscheiben zwischen einer Stufe der Kolbenstange und einem Bördelrand am freien Kolbenstangenende festgehalten. Dies ergibt eine besonders einfache Herstellung und Montage. Die Bördel­ kräfte werden von dem Abstandshalter zwischen den Füh­ rungsscheiben aufgenommen.

Günstig ist es auch, wenn ein O-Ring zwischen den beiden Führungsflächen angeordnet sowie vom Mittelteil des Kolbens umgeben und radial komprimiert ist. Dieser O- Ring bewirkt eine Dichtung. Außerdem sorgt er durch seine Elastizität dazu, daß ein gewisser Kraftschluß in Radialrichtung zwischen Kolbenstange und Kolben be­ steht. Der O-Ring kann an der Kolbenstange oder, was noch günstiger ist, an dem Abstandshalter zwischen den Führungsscheiben anliegen.

Es besteht auch die Möglichkeit, mindestens eine ring­ förmige Expansionsrille an der Trennfuge zwischen Mit­ telteil und Führungsfläche vorzusehen. Insbesondere bei niedrigen Drücken, bei denen der Eingangsdruck unter 5 bar liegt, kann dies zur Abdichtung zwischen der Ring­ scheibe und den Führungsflächen ausreichen.

Vorzugsweise ist dann die den Mittelteil bildende Ring­ scheibe mit der mindestens einen Expansionsrille ver­ sehen.

Auch an der Umfangsfläche des Kolbens kann mindestens eine Expansionsrille vorgesehen sein. Diese dient der Abdichtung bei geringen Drücken. Bei höheren Drücken ist auch ein üblicher Dichtring brauchbar.

Günstig ist es, daß an beiden Stirnrändern des Zylinders konzentrisch zur Kolbenstange Dämpfungsringe für den Kolbenanschlag vorgesehen sind. Hierdurch tritt eine Geräuschverminderung auf und es wird ein mechanischer Schutz des Kolbens erreicht.

Zweckmäßigerweise sind die Dämpfungsringe im Bereich der Führungsscheiben angeordnet. Die Auftreffkräfte werden daher nicht vom Kolben aufgenommen und dieser

wird nicht beschädigt.

Die Erfindung wird nachstehend anhand in der Zeichnung dargestellter bevorzugter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine erste Ausführungs­ form eines erfindungsgemäßen Stellmotors und

Fig. 2 einen Längsschnitt durch eine zweite Ausführungs­ form.

Der Stellmotor gemäß Fig. 1 weist einen Zylinder 1 auf, der an der einen Stirnseite durch ein Gehäuse 2 und an der anderen Stirnseite durch einen Deckel 3 verschlos­ sen ist, welche Teile durch Schrauben 4 miteinander verbunden sind. In Lagern 5, 6 im Gehäuse 2 ist eine einseitig herausgeführte Kolbenstange 7 gelagert, die in Richtung des Pfeiles F hin und her bewegbar ist. Sie trägt am freien Ende einen Kolben 8, der den Innen­ raum des Zylinders 1 in zwei Druckräume 9, 10 unterteilt. Der Druckraum 9 kann über einen Kanal 11 im Gehäuse 2, der Druckraum 10 über einen Kanal 12 in der Kolben­ stange 7 mit einer Steuerventilanordnung 13 verbunden werden, so daß der Druckraum 9 mit einer Druckmittelzu­ leitung 14 und der Druckraum 10 mit einer Druckmittelab­ leitung 15 verbindbar ist und umgekehrt. Dies führt zu der axialen Hin- und Herbewegung der Kolbenstange 7.

Der Kolben 8 besteht aus einem Umfangsteil 16 und einem Mittelteil 17. Der Außendurchmesser des Kolbens 8 beträgt ein Mehrfaches, hier das Achtfache, der axialen Länge der Umfangsfläche 18. Der Mittelteil 17 wird durch eine flache Ringscheibe gebildet, deren Dicke noch kleiner ist als die axiale Länge der Umfangsfläche 18. Zwei Ringflächen 19, 20, die an zwei Ringscheiben 21, 22 ausgebildet sind, bilden eine Radialführung für den Kolben 8. Sie liegen mit enger Passung an den Stirn­ flächen der Ringscheibe 17 an. Infolgedessen kann der Kolben sich bei seiner Hin- und Herbewegung radial ver­ schieben, nicht aber kippen.

Die eine Ringscheibe 22 ist am inneren Umfang einstüc­ kig mit einem ringförmigen Abstandhalter 23 ausgebildet. Die aus den Ringscheiben 21, 22 bestehende Anordnung wird zwischen einer Stufe 24 der Kolbenstange 7 und einem am freien Ende der Kolbenstange vorgesehenen Bördel­ rand 25 befestigt. Die beim Bördeln aufzunehmende Kraft wird über den Abstandshalter 23 auf die Schulter 24 übertragen.

Zur besseren Abdichtung zwischen den beiden Druckräumen 9, 10 sind in der Umfangsfläche 18 drei in Umfangs­ richtung verlaufende Entspannungsrillen 26 vorgesehen. Außerdem ist an den beiden Stirnflächen der Ringscheibe 17 je eine Entspannungsrille 27, 28 vorgesehen.

Am Gehäuse 2 ist ein Dämpfungsring 29 und am Deckel 3 ein Dämpfungsring 30 aus elastischem Material ange­ bracht. Diese wirken mit den Führungsscheiben 20, 22 zusammen, um Geräusche zu dämpfen.

Die Ausführungsform nach Fig. 2 hat weitgehend den glei­ chen Aufbau. Unterschiedlich ist nur, daß der Kolben 108 keine Entspannungsrillen aufweist, sondern daß ein Dichtring 31 vorgesehen ist, der in Achsrichtung zwischen den Führungsscheiben 21, 22 und in Radialrichtung zwischen der Ringscheibe 117 und dem Abstandhalter 23 so untergebracht ist, daß er eine leichte radiale Kom­ pression erfährt. Dieser Dichtring unterstützt die Ab­ dichtung zwischen den beiden Druckräumen 9, 10. Er sorgt auch für einen Kraftschluß zwischen Kolben 108 und Kol­ benstange 7.

Von den dargestellten Ausführungsformen kann in vieler­ lei Hinsicht abgewichen werden, ohne den Grundgedanken der Erfindung zu verlassen. So kann der Kolben durch­ gehend eine Dicke haben, die der axialen Länge der Um­ fangsfläche entspricht. Die Führungsscheiben 21, 22 können je für sich an der Kolbenstange 7 angebracht werden. Der Zylinder 1 kann auch eine größere Länge besitzen.

Claims (13)

1. Druckmittelbetätigter Stellmotor mit in einem Zylin­ der hin und her bewegbarem Kolben und einer einsei­ tigen herausgeführten Kolbenstange, wobei der Kolben relativ zur Kolbenstange beweglich gehalten und zu diesem Zweck sein Mittelteil zwischen an der Kolben­ stange angebrachten Ringflächen angeordnet ist, da­ durch gekennzeichnet, daß der Außendurchmesser des Kolbens (8; 108) ein Mehrfaches der axialen Länge seiner Umfangsfläche (18) beträgt und daß die Ring­ flächen (19; 20) einander so dicht benachbart sind, daß sie eine Radialführung für den Kolben bilden.

2. Stellmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Mittelteil des Kolbens (8; 108) durch eine Ringscheibe (17; 117) gebildet ist, die über eine radiale Breite, welche mindestens gleich der zwei­ fachen Ringscheibendicke ist, von den Ringflächen (19, 20) übergriffen ist.

3. Stellmotor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringflächen (19; 20) die Ringscheibe (17; 117) mit so enger Passung zwischen sich aufnehmen, daß diese ein Spiel von weniger als 0,02 mm hat.

4. Stellmotor nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Dicke der Ringscheibe (17; 117) kleiner ist als die axiale Länge der Umfangsfläche.

5. Stellmotor nach Ansprüchen 1 und 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die beiden Ringflächen (19; 20) durch zwei Führungsscheiben (21; 22) gebildet sind, die unter Zwischenlage eines Abstandshalters (23) an der Kolbenstange befestigt sind.

6. Stellmotor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstandshalter (23) am Innenumfang der einen Führungsscheibe (22) einstückig mit ihr ausgebildet ist.

7. Stellmotor nach den Ansprüchen 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Führungsscheiben (21; 22) zwischen einer Stufe (24) der Kolbenstange (7) und einem Bördelrand (25) am freien Kolbenstangen­ ende festgehalten sind.

8. Stellmotor nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß ein O-Ring zwischen den beiden Führungsflächen (19; 20) angeordnet sowie vom Mit­ telteil (117) des Kolbens (108) umgeben und radial komprimiert ist.

9. Stellmotor nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch ge­ kennzeichnet, daß mindestens eine ringförmige Expan­ sionsrille (27; 28) an der Trennfuge zwischen Mit­ telteil (17) und Führungsfläche (19; 20) vorgesehen ist.

10. Stellmotor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die den Mittelteil bildende Ringscheibe (117) mit der mindestens einen Expansionsrille (27; 28) versehen ist.

11. Stellmotor nach den Ansprüchen 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß an der Umfangsfläche (18) des Kolbens (8) mindestens eine Expansionsrille (26) vorgesehen ist.

12. Stellmotor nach den Ansprüchen 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß an beiden Stirnwänden des Zylin­ ders konzentrisch zur Kolbenstange (7) Dämpfungsringe (29; 30) für den Kolbenanschlag vorgesehen sind.

13. Stellmotor nach Anspruch 12, dadurch gekennzeich­ net, daß die Dämpfungsringe (29; 30) im Bereich der Führungsscheiben (21; 22) angeordnet sind.