DE-102007010523-B4 - Aktuator mit Federrückstellkolben

Abstract

Einfachwirkender Aktuator (1) mit einem Zylinder (2), einer Druckkammer (7), einem Federrückstellkolben (3), und einem Innenkammerbereich (8), in dem eine Zahnstange (13) von der Unterseite des Kolbens (3) hervorsteht, und die Zahnstange (13) mit einem normal zu der Zahnstange (13) im Innenkammerbereich (8) angebrachten drehbaren Ritzel (14) zusammenwirkt, wobei die Wälzlinie der Zahnstange (13) im Wesentlichen mit dem Zentrum des Kolbens (3) ausgerichtet ist, wobei eine oder mehrere Rückstellfedern (4) innerhalb des Innerkammerbereichs (8) angeordnet sind, und wobei die eine oder mehrere Rückstellfedern (4) auf der gleichen Seite des Kolbens (3) wie die Zahnstange (13) und das Ritzel (14) angeordnet sind.

Inventors

• Alan Bunyard

Assignees

• CHARGEPOINT TECHNOLOGY LTD.

Dates

Publication Date

20260507

Application Date

20070305

Priority Date

20060426

Claims (20)

1. Einfachwirkender Aktuator (1) mit einem Zylinder (2), einer Druckkammer (7), einem Federrückstellkolben (3), und einem Innenkammerbereich (8), in dem eine Zahnstange (13) von der Unterseite des Kolbens (3) hervorsteht, und die Zahnstange (13) mit einem normal zu der Zahnstange (13) im Innenkammerbereich (8) angebrachten drehbaren Ritzel (14) zusammenwirkt, wobei die Wälzlinie der Zahnstange (13) im Wesentlichen mit dem Zentrum des Kolbens (3) ausgerichtet ist, wobei eine oder mehrere Rückstellfedern (4) innerhalb des Innerkammerbereichs (8) angeordnet sind, und wobei die eine oder mehrere Rückstellfedern (4) auf der gleichen Seite des Kolbens (3) wie die Zahnstange (13) und das Ritzel (14) angeordnet sind.
2. Aktuator (1) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet , dass der Durchmesser des Innerkammerbereichs (8) axial auf den Durchmesser der durch den Zylinder (2) definierten Druckkammer (7) ausgerichtet ist.
3. Aktuator (1) nach Anspruch 2 , dadurch gekennzeichnet , dass die eine oder die mehreren Rückstellfedern (4) eine oder mehrere Spiralfedern aufweisen, welche im Wesentlichen parallel zu dem Zylinder (2) sind.
4. Aktuator (1) nach Anspruch 3 , dadurch gekennzeichnet , dass die eine oder die mehreren Rückstellfedern (4) mit Stützmitteln versehen sind, welche zum Stützen der einen oder der mehreren Federn entlang eines Teils oder ihrer gesamten axialen Länge angepasst sind.
5. Aktuator (1) nach Anspruch 4 , dadurch gekennzeichnet , dass die Stützmittel einen innerhalb jeder der einen oder der mehreren Federn angeordneten Stab (10) aufweisen.
6. Aktuator (1) nach Anspruch 5 , dadurch gekennzeichnet , dass der eine oder die mehreren Stäbe (10) von einem Boden des Innenkammerbereichs (8) hervorstehen.
7. Aktuator (1) nach Anspruch 6 , dadurch gekennzeichnet , dass eine Abstandslücke (12) zwischen dem einen oder den mehreren Stäben (10) und der untersten Hubstellung der Unterseite des Kolbens (3) vorgesehen ist.
8. Aktuator (1) nach Anspruch 5 , dadurch gekennzeichnet , dass der eine oder die mehreren Stäbe (10) von der der Druckkammer (7) abgewandten Unterseite des Kolbens (3) hervorstehen.
9. Aktuator (1) nach Anspruch 8 , dadurch gekennzeichnet , dass eine Abstandslücke (12) zwischen dem einen oder den mehreren Stäben (10) und einem Boden des Innenkammerbereichs (8) vorgesehen ist, wenn der Kolben (3) in seiner untersten Hubstellung ist.
10. Aktuator (1) nach Anspruch 4 , dadurch gekennzeichnet , dass ein Körper innerhalb des Innenkammerbereichs (8) angeordnet ist, in dem die Stützmittel eine oder mehrere in den Körper geformte Kammern aufweisen, wobei jede zur Aufnahme der einen oder mehreren Federn (4) angepasst ist.
11. Aktuator (1) nach Anspruch 10 , dadurch gekennzeichnet , dass eine Abstandslücke (17) zwischen dem Körper und der untersten Hubstellung der Unterseite des Kolbens (3) vorgesehen ist.
12. Aktuator (1) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , dass eine Schraube (13a) die Zahnstange (13) am Kolben (3) sichert, wobei die Schraube (13a) im Wesentlichen mit dem Zentrum des Kolbens (3) ausgerichtet ist.
13. Aktuator (1) nach einem der Ansprüche 5 bis 9 oder nach Anspruch 12 in Rückbezug auf einen der Ansprüche 5 bis 9 , dadurch gekennzeichnet , dass eine Lagerhülle (17) im Innenkammerbereich (8) vorgesehen ist, welche teilweise die Zahnstange (13) umgibt, und wobei zwischen der Zahnstange (13) und der Lagerhülle (17) ein Lagerkörper vorgesehen ist.
14. Aktuator (1) nach einem der Ansprüche 10 bis 11 oder nach Anspruch 12 in Rückbezug auf Anspruch 10 oder 11 , dadurch gekennzeichnet , dass der Körper eine Lagerkammer aufweist, in der die Zahnstange (13) angeordnet ist, und wobei zwischen der Zahnstange (13) und der Lagerkammer ein Lagerkörper vorgesehen ist.
15. Aktuator (1) nach Anspruch 13 oder 14 , dadurch gekennzeichnet , dass das Ritzel (14) an jedem Ende in Lagern befestigt ist.
16. Aktuator (1) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet , dass der Durchmesser des Ritzelkörpers kleiner als der äußere Durchmesser der am Ritzel (14) vorgesehenen Ritzelzähne ist.
17. Aktuator (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , dass der Kolben (3) mit einer erhabenen zentralen Sektion an seinem Boden und einer erhabenen zentralen Sektion an seiner Unterseite versehen ist.
18. Aktuator (1) nach Anspruch 17 , dadurch gekennzeichnet , dass die erhabenen zentralen Sektionen ringförmig sind.
19. Aktuator (1) nach einem der Ansprüche 3 bis 18 , dadurch gekennzeichnet , dass sechs Spiralfedern (4) vorgesehen sind.
20. Aktuator (1) nach Anspruch 19 , dadurch gekennzeichnet , dass eine oder mehrere der sechs Spiralfedern (4) vom Aktuator (1) entfernbar sind, so dass die Rückstellfederkraft variierbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Aktuator mit einem Federrückstellkolben, der insbesondere, aber nicht ausschließlich als fluidbetriebener Ventilaktuator verwendet wird. Bekannte einfachwirkende Aktuatoren umfassen eine Druckkammer und eine äußere Kammer, die axial zu der Druckkammer ausgerichtet ist. Der Kolben ist in der Druckkammer angeordnet und wird durch Eindringen von unter Druck stehendem Fluid in die Druckkammer in eine erste Richtung zu der äußeren Kammer getrieben. Die Rückstellfedern sind in der äußeren Kammer angeordnet und zwischen einem Ende der äußeren Kammer und des Kolbens montiert. Wenn der Kolben in die erste Richtung gedrückt wird, werden die Federn zusammengedrückt, und wenn der Druck in der Druckkammer verringert wird, treiben die Federn den Kolben zurück in eine zweite Richtung. Eine am Kolben befestigte Zahnstange und ein seitlich zur Zahnstange angeordnetes Ritzel sind in der Druckkammer angeordnet, und al solche wird auf die Druckkammer manchmal als „innere Kammer“ Bezug genommen. Die Vorwärts- bzw. Rückwärtsbewegung des Kolbens bewegt die Zahnstange, welche das Ritzel dreht. Diese bekannten Ausbildungen von einfachwirkenden Aktuatoren weisen eine Anzahl von Nachteilen auf. Erstens, da der Kolben in der Druckkammer angeordnet ist, ist es notwendig, Druckdichtungen an jedem Ende vorzusehen, an dem der Kolben die Druckkammer verlässt. Zusammen mit der Dichtung am Kolben bedeutet dies, dass die bekannten Aktuatoren drei Dichtungen aufweisen müssen. Da diese Komponenten während des Betriebs ausfallen können, sind die Chancen für eine Fehlfunktion größer als wenn weniger Dichtungen benötigt werden. Zweitens müssen die bekannten Aktuatoren groß genug seien, um sowohl die Druckkammer als auch die Außenkammer zu enthalten. Die Größe der Außenkammer wird durch die Größe der zusammengedrückten Federn bestimmt. Die Größe eines Aktuators von wesentlicher Bedeutung sein, insbesondere wenn er in eingeschränkten Raumverhältnissen an einem Ventil angebracht werden muss. Die DE 197 56 425 A1 betrifft einen Drehantrieb, umfassend einen Zylinder mit Druckmittelanschluß, einen im Zylinder linear bewegbaren Kolben, eine am Kolben befestigte Kulisse in Form einer Schraubengangnut, eine in den Zylinder eingesetzte Bodenplatte, eine darin gelagerte zentrische Drehwelle, einen an der Drehwelle befestigten, in die Kulisse eingreifenden Querstift und wenigstens eine in der Bodenplatte gelagerte, den Koben gegen Verdrehen sichernde Führungsstange. An der Drehwelle ist ein Anschlagsegment befestigt, welches sich in den Endstellungen an die Führungsstange anlegt. Anschlagsegment und Führungsstange begrenzen den Drehwinkel hubunabhängig auf seinen exakten Sollwert. Hierdurch wird sichergestellt, dass der Drehwinkel des Drehantriebs stets eingehalten wird. Die DE 600 12 222 T2 bezieht sich auf von Stellgliedern gesteuerte Drehschieber, wobei das dortige Membranstellglied sich dadurch auszeichnet, dass dort eine Zahnstange so angeordnet ist, dass die Kontaktpunkte zwischen der Zahnstange und dem Zahnrad im Wesentlichen auf einer geraden Linie angeordnet sind, die die Zentren der beweglichen Wände der Druckräume verbindet, welche die Bewegung bewirken. Nachteilig bei der diesem Stellglied ist, dass die die Zahnstange in Ruhestellung haltende Feder in einem eigenen, nicht mit Druck beaufschlagten Federraum angeordnet ist, welcher gegenüber den beiden dortigen Druckräumen abgedichtet sein muss. Hierdurch verlängert sich die Länge des Stellglieds und erhöht sich der bauliche Aufwand. Die vorliegende Erfindung sieht vor, einige der oben genannten Probleme zu überwinden. Hierfür umfasst ein erfindungsgemäßer einfachwirkender Aktuator einen Zylinder, eine Druckkammer, einen mit einem Verbindungsmittel versehenen Federrückstellkolben, und einem Innenkammerbereich, in dem eine Zahnstange von der Unterseite des Kolbens hervorsteht, und die Zahnstange mit einem normal zu der Zahnstange im Innenkammerbereich angebrachten drehbaren Ritzel zusammenwirkt, wobei die Wälzlinie der Zahnstange im Wesentlichen mit dem Zentrum des Kolbens ausgerichtet ist, wobei eine oder mehrere Rückstellfedern innerhalb des Innerkammerbereichs angeordnet sind, und wobei die eine oder mehrere Rückstellfedern auf der gleichen Seite des Kolbens wie die Zahnstange und das Ritzel, welche das Verbindungsmittel ausbilden, angeordnet sind. (Bei bekannten Aktuatoren wird die Kammer, in denen die Verbindungsmittel angeordnet sind, als „Innenkammer“ bezeichnet, während die Kammer, in der die Rückstellfedern angeordnet sind, als „Außenkammer“ bezeichnet wird. Diese Bezeichnungen sind jedoch mit dem erfindungsgemäßen Aktuator nicht länger anwendbar, da die Verbindungsmittel und die Rückstellfedern in der gleichen Kammer angeordnet sind. Deshalb bezieht sich in der folgenden Beschreibung und den Ansprüchen die Bezeichnung „Druckkammer“ auf die Kammer, welche im Betrieb mit Druck beaufschlagt wird, und die Bezeichnung „Innenkammerbereich“ auf den Kammerbereich des Ko