DE3801137C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen druckmittelbetätig­ ten Stellmotor nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Ein bekannter Stellmotor dieser Art (GB-PS 12 60 803) trägt in einer Umfangsnut einen Dichtring. Die Elastizi­ tät eines solchen Dichtringes erlaubt es, ihn in die Umfangsnut einzubringen, hat aber auch zur Folge, daß der Kolben nur unter Überwindung der Reibung zwischen Dichtring und Zylinder verstellt werden kann. Hierdurch geht ein Teil der Betätigungskraft verloren. Der Außen­ durchmesser des Kolbens ist etwa doppelt so groß wie seine axiale Länge. Da der Dichtring radial verschieblich in der Umfangsnut gehalten ist, besteht keine Gefahr, daß der Kolben verklemmt, wenn sich das freie, den Kolben tragende Ende der nur in einer Zylinderstirnwand geführ­ ten Kolbenstange außermittig bewegt.

Bei einem anderen bekannten Stellmotor (DE-OS 21 03 646) weist der Kolben einen hohlzylindrischen Kolbenteil auf, der mit Hilfe zweier axial versetzter Lippendichtun­ gen im Zylinder geführt ist. Dieser Kolbenteil ist mit radialem Spiel auf einer die Kolbenstange umgebenden Buchse und mit axialem Spiel sowie unter Zwischenschal­ tung von Dichtringen zwischen zwei auf der Kolbenstange befestigten Scheiben gehalten. Wegen dieses Spiels kann sich der hohlzylindrische Kolbenteil beliebig relativ zur Kolbenstange bewegen, so daß keine Verklemmungen auftreten. Auch hier sind erhebliche Reibungskräfte zu überwinden. Der Kolbendurchmesser ist etwa gleich der Kolbenlänge. Diese trägt erheblich zur Zylinderlänge bei, was insbesondere bei Kurzhub-Stellmotoren ins Ge­ wicht fällt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Stell­ motor der eingangs beschriebenen Art anzugeben, der unter sonst gleichen Voraussetzungen mit geringerem Druck betätigt werden kann und eine gute Abdichtung aufweist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Die unter Zwischenlager eines Abstandshalters an der Kolbenstange befestigten Führungsscheiben bilden eine zumindest zweiteilige Konstruktion, die es erlaubt, einen unelastischen Ring, der einen wesentlichen Teil der Kolbenfläche bilden kann, auf einfache Weise zu montieren und in Radialrichtung sicher zu führen. Es können relativ große Führungsflächen zur Verfügung ge­ stellt werden. Abweichungen der Kolbenstangenachse von der Zylinderachse werden daher durch eine Radialverschie­ bung ausgeglichen. Daher kann man den Ring mit sehr geringem Spiel (wenige µm) im Zylinder anordnen, was zu einer entsprechend guten Dichtung führt. Die Reibung ist gering und daher auch der zur Überwindung der Rei­ bungskraft erforderliche Anteil der Betätigungskraft. Der Kolben kann einen im Vergleich zur axialen Länge großen Durchmesser erhalten, so daß eine vorgegebene Betätigungskraft mit vergleichsweise geringem Druck erreicht werden kann, ohne daß dies zu Verklemmungen führen würde. Denn wegen des großen Kolbendurchmessers kann auch eine entsprechend große Führungsfläche zwischen Ring und Führungsscheiben zur Verfügung gestellt werden. Da Ring und Führungsscheiben dünn ausgebildet sein kön­ nen, kann auch die Zylinderlänge kleiner gehalten und dem Kolben ein geringes Gewicht gegeben werden, so daß er schnell betätigbar ist.

Günstig ist die Kolbenbemessung nach Anspruch 2, bei der eine große Führungsfläche ohne weiteres zu realisie­ ren ist.

Das Passungsspiel nach Anspruch 3 reicht für eine radiale Verschiebung der Ringscheibe aus, hält diese aber exakt in der vorgegebenen Ebene.

Die Dickenbemessung nach Anspruch 4 führt zu einem sehr leichten Kolben.

Bei der Weiterbildung nach Anspruch 5 brauchen lediglich zwei Bauteile montiert zu werden.

Die Ausgestaltung nach Anspruch 6 ergibt eine besonders einfache Herstellung und Montage. Die Bördelkräfte werden von dem Abstandshalter zwischen den Führungsscheiben aufgenommen.

Bei der Ausgestaltung nach Anspruch 7 bewirkt der O-Ring eine Dichtung. Außerdem sorgt er durch seine Elastizität dazu, daß ein gewisser Kraftschluß in Radialrichtung zwischen Kolbenstange und Kolben besteht. Der O-Ring kann an der Kolbenstange oder, was noch günstiger ist, an dem Abstandshalter zwischen den Führungsscheiben anliegen.

Die Expansionsrille nach Anspruch 8 und 9 kann insbeson­ dere bei niedrigen Drücken, bei denen der Eingangsdruck unter 50 bar liegt, zur Abdichtung zwischen der Ring­ scheibe und den Führungsflächen ausreichen.

Mit der Expansionsrille an der Umfangsfläche des Ringes nach Anspruch 10 kann ebenfalls die Abdichtung verbessert werden.

Die Dämpfungsringe nach Anspruch 11 bewirken eine Ge­ räuschverminderung. Außerdem wird ein mechanischer Schutz des Kolbens erreicht.

Bei der Ausgestaltung nach Anspruch 12 werden die Auf­ treffkräfte nicht vom radial geführten Ring, sondern von den an der Kolbenstange befestigten Führungsscheiben aufgenommen.

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 herbewegbar ist. Sie trägt am freien Ende einen einen Ring 8 aufweisenden Kolben, der den Innenraum des Zylinders 1 in zwei Druck­ räume 9, 10 unterteilt. Der Druckraum 9 kann über einen Kanal 11 im Gehäuse 2, der Druckraum 10 über einen Kanal 12 in der Kolbenstange 7 mit einer Steuerventilanordnung 13 verbunden werden, so daß der Druckraum 9 mit einer Druckmittelzuleitung 14 und der Druckraum 10 mit einer Druckmittelableitung 15 verbindbar ist und umgekehrt. Dies führt zu der axialen Hin- und Herbewegung der Kol­ benstange 7.

Der Ring 8 besteht aus einem Umfangsteil 16 und einem als Ringscheibe 17 ausgebildeten Mittelteil. Der Außen­ durchmesser des Kolbens beträgt ein Mehrfaches, hier das Achtfache, der axialen Länge der Umfangsfläche 18. Die Ringscheibe 17 ist flach; ihre Dicke ist noch kleiner als die axiale Länge der Umfangsfläche 18. Zwei Ring­ flächen 19, 20, die an zwei Führungsscheiben 21, 22 ausgebildet sind, bilden eine Radialführung für den Ring 8. Sie liegen mit enger Passung an den Stirnflächen der Ringscheibe 17 an. Infolgedessen kann der Kolben sich bei seiner Hin- und Herbewegung radial verschieben, nicht aber kippen.

Die eine Führungsscheibe 22 ist am inneren Umfang ein­ stückig mit einem ringförmigen Abstandhalter 23 ausgebil­ det. Die aus den Führungsscheiben 21, 22 bestehende Anordnung wird zwischen einer Stufe 24 der Kolbenstange 7 und eine am freien Ende der Kolbenstange vorgesehenen Bördelwand 25 befestigt. Die beim Bördeln aufzunehmende Kraft wird über den Abstandshalter 23 auf die Stufe 24 übertragen.

Zur besseren Abdichtung zwischen den beiden Druckräumen 9, 10 sind in der Umfangsfläche 18 drei in Umfangsrich­ tung verlaufende Expansionsrillen 26 vorgesehen. Außerdem ist an den beiden Stirnflächen der Ringscheibe 17 je eine Expansionsrille 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 21, 22 zusammen, um Geräusche zu dämpfen.

Die Ausführungsform nach Fig. 2 hat weitgehend den glei­ chen Aufbau. Unterschiedlich ist nur, daß der Ring 108 keine Expansionsrillen aufweist, sondern daß ein Dicht­ ring 31 vorgesehen ist, der in Achsrichtung zwischen den Führungsscheiben 21, 22 und in Radialrichtung zwi­ schen der Ringscheibe 117 und dem Abstandhalter 23 so untergebracht ist, daß er eine leichte radiale Kompres­ sion erfährt. Dieser Dichtring unterstützt die Abdichtung zwischen den beiden Druckräumen 9, 10. Er sorgt auch für einen Kraftschluß zwischen Ring 108 und Kolben­ stange 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 (12)

1. Druckmittelbetätigter Stellmotor mit in einem Zylin­ der hin- und herbewegbarem Kolben und einer einseitig herausgeführten Kolbenstange, wobei der Kolben einen abdichtenden Ring aufweist, der zwischen zwei Ring­ flächen des Kolbens radial geführt ist, und dessen Außendurchmesser ein Mehrfaches der axialen Länge seiner Umfangsfläche beträgt, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Ringflächen (19; 20) durch zwei Füh­ rungsscheiben (21; 22) gebildet sind, die unter Zwi­ schenlage eines Abstandshalters (23) an der Kolben­ stange befestigt sind, und daß der Ring (8; 108) mit wenig µm Spiel im Zylinder (1) eingepaßt ist.

2. Stellmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Mittelteil des Ringes (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 (18).

5. Stellmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstandshalter (23) am Innen­ umfang der einen Führungsscheibe (22) einstückig mit ihr ausgebildet ist.

6. Stellmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, 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.

7. Stellmotor nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein O-Ring zwischen den beiden Führungsflächen (19; 20) angeordnet sowie von der Ringscheibe (117) umgeben und radial komprimiert ist.

8. Stellmotor nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß mindestens eine ringförmige Expan­ sionsrille (27; 28) an der Trennfuge zwischen Ring­ scheibe (17) und Führungsflächen (19; 20) vorgesehen ist.

9. Stellmotor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringscheibe (117) mit der mindestens einen Expansionsrille (27; 28) versehen ist.

10. Stellmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß an der Umfangsfläche (18) des Ringes (8) mindestens eine Expansionsrille (26) vorgesehen ist.

11. Stellmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß an den den Druckräumen (9, 10) zugewandten Stirnwänden von Gehäuse (2) und Deckel (3) konzentrisch zur Kolbenstange (7) Dämpfungsringe (29; 30) für den Kolbenanschlag vorgesehen sind.

12. Stellmotor nach Anspruch 11, dadurch gekennzeich­ net, daß die Dämpfungsringe (29; 30) so angeordnet sind, daß sie von den Führungsscheiben (21; 22) berührt werden können.