Zahnstangenantrieb
Was ist ein Zahnstangenantrieb?
Pneumatische ZahnstangenantriebeDrehantriebe, auch als Zylinder mit eingeschränkter Rotation bezeichnet, werden zum Drehen, Öffnen, Schließen, Mischen, Oszillieren, Positionieren, Lenken und für viele weitere mechanische Funktionen mit eingeschränkter Rotation eingesetzt. Sie finden auch häufig Anwendung in der Automatisierung von Vierteldrehventilen wie Kugel- oder Absperrklappen.
Pneumatische ZahnstangenantriebeDie Energie der Druckluft wird mittels eines Pneumatikzylinders in eine oszillierende Drehbewegung umgewandelt. Das für diesen Aktor benötigte saubere, trockene und aufbereitete Gas wird über eine zentrale Druckluftstation bereitgestellt, die üblicherweise eine Reihe pneumatischer Geräte in einem Prozesssystem versorgt.
Hauptmerkmale des Zahnstangenantriebs
Im Vergleich zu ihren elektrischen PendantsZahnstangenantriebe Sie sind im Allgemeinen langlebiger, besser für Gefahrenbereiche geeignet und kostengünstiger. Außerdem benötigen sie oft weniger Wartung und bieten im Verhältnis zu ihrer Größe ein höheres Drehmoment.
Technische Spezifikation des Zahnstangenantriebs
Einzel-Rack- vs. Doppel-Rack-Design
Zahnstangenantriebe bieten im Vergleich zu anderen Umwandlungsmechanismen für lineare Kräfte in Drehmomente den größten Drehmoment- und Rotationsbereich. Sie zeichnen sich durch einen hohen mechanischen Wirkungsgrad aus und erzeugen Drehmomente von wenigen Nm bis zu mehreren Tausend Nm.
Ein potenzieller Nachteil der Zahnstangenkonstruktion ist das Zahnflankenspiel. Zahnflankenspiel entsteht, wenn die Zahnstangen- und Ritzelzahnräder nicht exakt ausgerichtet sind und ein kleiner Spalt zwischen den einzelnen Zahnradverbindungen besteht. Diese Fehlausrichtung kann im Laufe der Lebensdauer des Aktuators zu Verschleiß an den Zahnrädern führen, was wiederum das Zahnflankenspiel erhöht.
Ein Doppelzahnstangenantrieb nutzt zwei Zahnstangen auf gegenüberliegenden Seiten des Ritzels. Dies eliminiert das durch eine Gegenkraft verursachte Spiel, verdoppelt das Ausgangsdrehmoment und erhöht den mechanischen Wirkungsgrad des Systems. Beim in Abbildung 3 dargestellten doppeltwirkenden Aktuator sind die beiden seitlichen Kammern mit Druckluft gefüllt. Diese drückt die Kolben in die Mittelstellung. Um die Kolben in die Ausgangsposition zurückzuführen, wird die mittlere Kammer ihrerseits unter Druck gesetzt.
Funktion
Pneumatische Zahnstangenantriebe können entweder einfach- oder doppeltwirkend sein. Es ist auch möglich, dass diese Antriebe mehrere Rastpunkte bieten.
Einfachwirkend vs. doppeltwirkend
Bei einem einfachwirkenden Aktor wird die Druckluft nur einer Seite des Kolbens zugeführt und bewirkt dessen Bewegung nur in eine Richtung. Die Bewegung in die entgegengesetzte Richtung wird durch eine mechanische Feder realisiert. Einfachwirkende Aktoren sparen Druckluft, verrichten aber nur in eine Richtung Arbeit. Ein Nachteil einfachwirkender Zylinder ist die ungleichmäßige Ausgangskraft über den gesamten Hub aufgrund der entgegenwirkenden Federkraft. Abbildung 4 zeigt einen einfachwirkenden pneumatischen Doppelzahnstangen-Drehantrieb.
Bei einem doppeltwirkenden Stellantrieb wird Druckluft in Kammern auf beiden Seiten des Kolbens bzw. der Kolben geleitet. Höherer Luftdruck auf einer Seite kann den bzw. die Kolben zur anderen Seite bewegen. Doppeltwirkende Stellantriebe kommen zum Einsatz, wenn eine Bewegung in beide Richtungen ausgeführt werden muss. Abbildung 5 zeigt einen doppeltwirkenden pneumatischen Drehantrieb mit Doppelzahnstange.
Einer der Vorteile doppeltwirkender Zylinder ist die konstante Ausgangskraft über den gesamten Drehbereich. Zu ihren Nachteilen zählen der Bedarf an Druckluft für Bewegungen in beide Richtungen und das Fehlen einer definierten Position bei Strom- oder Druckausfall.
Mehrere Positionierungsmöglichkeiten
Manche Zahnstangenantriebe können durch Drucksteuerung an den Anschlüssen in mehreren Positionen innerhalb des Drehbereichs anhalten. Die Stopppositionen können in beliebiger Reihenfolge erfolgen, sodass der Antrieb gezielt eine Zwischenstoppposition anfahren kann.
Federanschlagbolzen
Die Anschlagschrauben befinden sich an der Seite des Aktuatorgehäuses (siehe Abbildung 6) und ermöglichen die Einstellung der Endpositionen der Kolben, indem sie die Drehung des Ritzels von innen begrenzen. Beim Einbau des Aktuators beide Anschlagschrauben eindrehen, bis sie die Anschlagkappe berühren. Die linke Anschlagschraube weiter eindrehen, bis die oben sichtbare Ritzelnut parallel zur Längsrichtung des Aktuatorgehäuses ausgerichtet ist.
Produktanwendung: Elektrischer Drehantrieb
Aufgrund ihres konstanten DrehmomentsZahnstangenantriebeSie werden häufig eingesetzt und sind oft die bevorzugte Bauart von pneumatischen Stellantrieben für Ventile. Sie dienen zum Mischen, Entleeren, intermittierenden Zuführen, kontinuierlichen Drehen, Wenden, Positionieren, Oszillieren, Heben, Öffnen und Schließen sowie Drehen. Diese Stellantriebe werden für verschiedene mechanische Funktionen in der Stahlindustrie, im Materialtransport, in der Schifffahrt, bei Baumaschinen, Bergbaumaschinen und in der hydraulischen Servolenkung verwendet.
