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Die Erfindung betrifft eine Drehantriebsvorrichtung, mit einer Drehantriebseinheit, die eine Tragstruktur und eine diesbezüglich um eine Abtriebs-Drehachse verdrehbar gelagerte Abtriebswelle aufweist, wobei mit der Abtriebswelle ein quer abstehender Abtriebs-Schwenkarm drehfest gekoppelt ist, der zum Hervorrufen einer oszillierenden Abtriebs-Drehbewegung der Abtriebswelle zu einer oszillierenden Abtriebs-Schwenkbewegung um eine mit der Abtriebs-Drehachse zusammenfallende Abtriebs-Schwenkachse antreibbar ist.
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Drehantriebsvorrichtungen dieser Art werden insbesondere im Zusammenhang mit sogenannten Prozessventilen eingesetzt, wobei die Abtriebswelle einer Drehantriebseinheit auf das bewegliche Ventilglied des Prozessventils einwirkt, um dieses je nach Drehrichtung in eine Offenstellung oder in eine Schließstellung zu verschwenken. Eine aus der
DE 10 2006 043 994 A1 bekannte Drehantriebsvorrichtung der eingangs genannten Art verfügt über eine elektrisch rotativ antreibbare Gewindespindel, auf der eine axial verstellbare Gewindemutter sitzt, die in der Lage ist, einen drehfest mit der Abtriebswelle verbundenen Abtriebs-Schwenkarm oszillierend zu verschwenken, um auf diese Weise entweder das Öffnen oder das Schließen eines zugeordneten Ventils hervorzurufen.
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Grundsätzlich verändert sich bei dieser Art von Drehantriebsvorrichtung das an die Abtriebswelle abgegebene Drehmoment prinzipbedingt in Abhängigkeit von der Schwenkposition des Abtriebs-Schwenkarmes. In den Endlagen des Abtriebs-Schwenkarmes ist das Drehmoment dabei etwas größer als zwischen den beiden Endlagen, was insofern begrüßenswert ist, als gerade im Bereich der Endlagen oftmals ein hohes Drehmoment gefordert ist, um ein möglicherweise festsitzendes Ventilglied zu lösen und in Bewegung zu setzen.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Drehantriebsvorrichtung zu schaffen, die vor allem zu Beginn der Drehbewegung der Abtriebswelle ein hohes Drehmoment zur Verfügung stellen kann.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist vorgesehen, dass zusätzlich ein Antriebs-Schwenkarm vorhanden ist, der bezüglich der Tragstruktur zu einer Antriebs-Schwenkbewegung um eine parallel und mit konstantem Abstand zu der Abtriebs-Schwenkachse angeordnete Antriebs-Schwenkachse antreibbar ist und der mittels eines ortsfest an ihm angeordneten Mitnehmers mit dem Abtriebs-Schwenkarm in gelenkigem Mitnahmeeingriff steht, derart, dass der Mitnehmer bei Ausführung der Antriebs-Schwenkbewegung des Antriebs-Schwenkarmes eine die Antriebs-Schwenkachse auf der der Abtriebs-Schwenkachse diametral entgegengesetzten Seite passierende Mitnahmekurve durchlaufen kann, wobei er auf den Abtriebs-Schwenkarm eine dessen Abtriebs-Schwenkbewegung hervorrufende Schwenkkraft ausübt und zugleich eine translatorische Ausgleichsbewegung relativ zu dem Abtriebs-Schwenkarm quer zu dessen Schwenkrichtung ausführt.
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Somit wird die Abtriebs-Schwenkbewegung des Abtriebs-Schwenkarmes durch einen seinerseits zu einer Antriebs-Schwenkbewegung angetriebenen Antriebs-Schwenkarm hervorgerufen, der mittels eines Mitnehmers mit dem Abtriebs-Schwenkarm antriebsmäßig gekoppelt ist. Bei der Antriebs-Schwenkbewegung führt der Mitnehmer eine normalerweise kreisförmige Bewegung entlang einer Mitnahmekurve aus, wobei er den mit ihm in Mitnahmeeingriff stehenden Abtriebs-Schwenkarm mitzieht und ebenfalls verschwenkt. In Achsrichtung der Schwenkachsen betrachtet sind die Schwenkrichtungen der beiden Schwenkarme dabei stets gleichgerichtet. Zur Vermeidung von Überbestimmungen kann sich der Mitnehmer relativ zum Abtriebs-Schwenkarm translatorisch verlagern, wobei in den den Endlagen unmittelbar vorangehenden Bereichen zweckmäßigerweise ein kniehebelähnlicher Effekt auftreten kann, demzufolge trotz eines relativ kurzen wirksamen Hebelarmes des Abtriebs-Schwenkarmes ein sehr hohes Drehmoment auf den Abtriebs-Schwenkarm und mithin auf die damit bewegungsgekoppelte Abtriebswelle ausgeübt wird. In Verbindung mit dem Einsatz zur Betätigung von Ventilen hat dies den vorteilhaften Effekt, dass hohe Öffnungs- und Schließkräfte erzeugt werden können, die auch eine Betätigung sehr schwergängiger Ventilmechanismen gewährleisten. Beim anschließenden Ausführen der Hauptphase der Antriebs-Schwenkbewegung verringert sich zwar die für die Erzeugung des Abtriebs-Drehmomentes verantwortliche Kraft am Abtriebs-Schwenkarm. Der damit verbundene Abfall des Abtriebs-Drehmomentes fällt gleichwohl sehr gemäßigt aus, weil der besondere Verlauf der Mitnahmekurve zur Folge hat, dass sich der wirksame Hebelarm des Abtriebs-Schwenkarmes zunehmend vergrößert, je weiter sich der Mitnehmer in den der Abtriebs-Schwenkachse diametral entgegengesetzten Bereich der Antriebs-Schwenkachse annähert. Bei Bedarf kann die Hebelmechanik sogar so ausgelegt werden, dass in mindestens einer der beiden Endlagen eine Selbsthemmung zwischen den beiden Schwenkarmen auftritt. Bevorzugt wird zudem eine Auslegung, bei der der maximale Schwenkwinkel des Antriebs-Schwenkarmes bei etwa 210° liegt, in Verbindung mit einem daraus resultierenden Schwenkwinkel des Abtriebs-Schwenkarmes von etwa 90°.
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Zusammenfassend gewährleistet die erfindungsgemäße Ausgestaltung bezüglich der Abtriebswelle die Erzeugung sehr hoher Enddrehmomente und darüber hinaus auch zwischen den Endlagen ein ausreichend hohes Drehmoment, um die geforderten Stellaufgaben zu bewältigen.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.
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Durch den Mitnahmeeingriff zwischen den beiden Schwenkarmen wird zweckmäßigerweise eine zu den Schwenkachsen der beiden Schwenkarme parallele Mitnehmer-Gelenkachse definiert. Dabei ist es von Vorteil, wenn diese Mitnehmer-Gelenkachse und die beiden Schwenkachsen so in den Eckpunkten eines Dreieckes platziert sind, dass der von den beiden jeweils einerseits die Mitnehmer-Gelenkachse und andererseits eine der beiden Schwenkachsen verbindenden Verbindungsgeraden eingeschlossene Winkel unabhängig von der Schwenkposition des Antriebs-Schwenkarmes stets kleiner als 90° ist. Auf diese Weise können unkontrollierbare Überbeanspruchungen einer an der Abtriebswelle angeordneten, zu betätigenden Komponente vermieden werden.
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Die Gelenkmechanik ist insbesondere auch so ausgelegt, dass die beiden Schwenkarme bei der Ausführung ihrer einander überlagerten Schwenkbewegungen eine Zwischenstellung einnehmen können, in der die Mitnehmer-Gelenkachse und die Schwenkachsen der beiden Schwenkarme auf einer gemeinsamen Verbindungsgeraden liegen, wobei die Antriebs-Schwenkachse zwischen der Mitnehmer-Gelenkachse und der Abtriebs-Schwenkachse liegt.
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Es kann auch vorteilhaft sein, den Abstand zwischen der Mitnehmer-Gelenkachse und der Antriebs-Schwenkachse kleiner zu wählen als den zwischen den beiden bezüglich der Tragstruktur ortsfest angeordneten und dadurch einen konstanten Abstand zueinander aufweisenden Schwenkachsen.
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Die beiden Schwenkarme ragen vorzugsweise jeweils radial von der zugeordneten Schwenkachse weg. Sie können insbesondere laschenförmig oder stabförmig ausgebildet sein.
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Der Mitnahmeeingriff ist insbesondere so ausgelegt, dass die Ausgleichsbewegung eine Linearbewegung ist, die zweckmäßigerweise radial bezüglich der Abtriebs-Schwenkachse verläuft.
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Zur Realisierung des Mitnahmeeingriffes ist der Abgriffs-Schwenkarm zweckmäßigerweise mit einem Führungsschlitz versehen, in den der Mitnehmer in Schlitzlängsrichtung bewegbar eingreift. Der Mitnehmer ist beispielsweise als in dem Führungsschlitz gleitverschieblich geführter Gleitkörper ausgebildet, kann allerdings auch als Wälzkörper ausgeführt sein. Der Führungsschlitz kann ein den zugeordneten Abtriebs-Schwenkarm in Achsrichtung der Abtriebs-Schwenkachse komplett durchsetzender Schlitz sein, könnte jedoch auch nach Art einer nur einseitig offenen Längsnut gestaltet sein. Die notwendige Schwenkkraft wird insbesondere durch Zusammenwirken des Mitnehmers mit je nach Schwenkrichtung der einen oder anderen Schlitzflanke des Führungsschlitzes übertragen.
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Bevorzugt hat der Abtriebs-Schwenkarm eine größere Länge als der Antriebs-Schwenkarm. Die Anordnung kann insbesondere so getroffen sein, dass bei axial fluchtender Ausrichtung der beiden Schwenkarme die von den Schwenkachsen abgewandten Endabschnitte der Schwenkarme im Wesentlichen bündig miteinander abschließen.
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Die beiden Schwenkarme sind insbesondere so ausgebildet und angeordnet, dass sie sich bei ihren relativen Schwenkbewegungen in der Schwenkrichtung überlappen können, und zwar insbesondere derart, dass der Abtriebs-Schwenkarm bei seiner Abtriebs-Schwenkbewegung die Antriebs-Schwenkachse durchqueren bzw. durchkreuzen kann. Auf diese Weise wird die Schwenkbeweglichkeit des Abtriebs-Schwenkarmes durch den Antriebs-Schwenkarm und dessen Schwenklagermaßnahmen nicht beeinträchtigt.
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Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung zur Realisierung der vorgenannten Maßnahme sieht vor, dass der Antriebs-Schwenkarm zwei in Achsrichtung der Antriebs-Schwenkachse mit Abstand zueinander angeordnete Schwenkarmschenkel aufweist, die jeweils gesondert im Bereich ihrer vom jeweils anderen Schwenkarmschenkel abgewandten Außenseite an der Tragstruktur schwenkbar gelagert sind. Sind die Schwenkarme in einem Gehäuse der Tragstruktur untergebracht, kann die Lagerung der beiden Schwenkarmschenkel an sich mit Abstand gegenüberliegenden Gehäusewänden erfolgen. Durch den Mitnehmer, der den Zwischenraum zwischen den beiden Schwenkarmschenkeln überbrückt, sind die beiden Schwenkarmschenkel miteinander verbunden. Der Abtriebs-Schwenkarm kann durch den zwischen den beiden Schwenkarmschenkeln definierten Zwischenraum hindurchgreifen.
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Zur Erzeugung der Antriebs-Schwenkbewegung verfügt die Drehantriebsvorrichtung zweckmäßigerweise über einen elektrisch und/oder fluidisch betätigbaren Antriebsmotor, beispielsweise einen Elektromotor oder einen Druckluftmotor. Der Elektromotor kann beispielsweise ein Schrittmotor oder Servomotor sein. Der Druckluftmotor ist insbesondere nach Art eines sogenannten Schwenkflügelantriebes bzw. Schwenkkolbenantriebes ausgebildet. Ungeachtet seiner Ausgestaltung kann der Antriebsmotor direkt an der Tragstruktur fixiert sein und somit einen Bestandteil der Drehantriebseinheit bilden.
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Eine direkte Antriebsverbindung zwischen Antriebsmotor und Antriebs-Schwenkarm ist möglich, beispielsweise dahingehend, dass der Antriebs-Schwenkarm mittels einer seiner Antriebs-Schwenkachse zugeordneten Nabe direkt an der Abtriebswelle des Antriebsmotors befestigt ist. Andererseits kann für viele Fälle eine antriebsmäßige Kopplung mittels eines zwischengeschalteten Übersetzungsgetriebes vorteilhaft sein, mit dem sich die durch den Antriebs-Schwenkarm ausübbare Schwenkkraft vergrößern lässt. Ein solches Übersetzungsgetriebe ist insbesondere als Zahnradgetriebe ausgebildet und kann im Innern eines eventuell vorhandenen Gehäuses der Tragstruktur untergebracht sein.
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In vorteilhafter Ausgestaltung verfügt die Drehantriebsvorrichtung über Mittel zur variablen Vorgabe mindestens einer Endlage eines der Schwenkarme. Diese Endlagenvorgabemittel kooperieren zweckmäßigerweise mit dem Antriebs-Schwenkarm und verfügen vorzugsweise über einstellbare Anschlagmittel, die in den Schwenkweg des betreffenden Schwenkarmes ragen.
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Auch mit einer Positionserfassungseinrichtung kann die Drehantriebsvorrichtung ausgestattet sein, um die Drehposition der Abtriebswelle erfassen zu können.
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Soll eine Handbetätigung der Drehantriebsvorrichtung möglich sein, empfiehlt es sich, an dem Antriebs-Schwenkarm ein von außen her zugängliches Handbetätigungselement anzubringen oder wenigstens eine Schnittstelle, die ein bedarfsgemäßes Ansetzen eines solchen Handbetätigungselementes gestattet.
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Unter Berücksichtigung ihres bevorzugten Einsatzgebietes ist die Drehantriebsvorrichtung zweckmäßigerweise mit einer Ventileinheit ausgestattet, deren Ventilglied mit der Abtriebswelle der Drehantriebseinheit antriebsmäßig gekoppelt ist. Die Ventileinheit ist insbesondere als zur Steuerung von Prozessen dienendes Prozessventil ausgebildet.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigen:
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1 eine erfindungsgemäße Drehantriebsvorrichtung bevorzugten Aufbaus in einer perspektivischen Darstellung,
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2 die Drehantriebsvorrichtung aus 1 in einer Seitenansicht mit Blickrichtung gemäß Pfeil II,
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3 die Drehantriebsvorrichtung in einer Rückansicht mit Blickrichtung gemäß Pfeil III aus 2,
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4 eine Draufsicht der Drehantriebsvorrichtung mit Blickrichtung gemäß Pfeil IV aus 2,
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5 einen Querschnitt durch die Drehantriebsvorrichtung gemäß Schnittebene V-V aus 3, wobei ein nochmals gesondert abgebildeter umrahmter Bereich einen Ausbruch der Anordnung zeigt, um den Aufbau und die Wirkungsweise der Endlagen-Vorgabemittel zu verdeutlichen und wobei eine erste Endstellung der Schwenkarme gezeigt ist,
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6 einen Schnitt gemäß Schnittlinie VI-VI aus 5 im Bereich der Schwenkarme und deren Mitnahmeeingriff,
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7 in einer mit 5 vergleichbaren Darstellungsweise die Drehantriebsvorrichtung bei einer zwischen den beiden möglichen Endstellungen liegenden Zwischenstellung der Schwenkarme, und
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8 in einer perspektivischen Darstellung eine weitere mögliche Ausführungsform der Drehantriebsvorrichtung.
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Die aus dem Ausführungsbeispiel ersichtliche Drehantriebsvorrichtung 1 setzt sich aus einer Drehantriebseinheit 2 und einer durch diese betätigbare Ventileinheit 3 zusammen. Drehantriebseinheit 2 und Ventileinheit 3 sind, insbesondere lösbar, zu einer die Drehantriebsvorrichtung 1 bildenden Baugruppe zusammengefasst. Abweichend hiervon könnte die Drehantriebsvorrichtung 1 allerdings auch aus der Drehantriebseinheit 2 allein bestehen oder mit anderen zu betätigenden Einheiten ausgestattet sein.
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Die Ventileinheit 3 verfügt über ein Ventilgehäuse 4, das von mindestens einem Ventilkanal 5 durchsetzt ist, in dessen Verlauf ein zwischen einer Offenstellung und einer Schließstellung drehbewegliches Ventilglied 6 angeordnet ist. Das Ventilglied 6 ist beispielsweise eine Ventilklappe.
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Die Drehantriebseinheit 2 verfügt über eine Tragstruktur 7, mit der sie an das Ventilgehäuse 4 angebaut ist. Eine an oder in der Tragstruktur 7 um eine mit ihrer Längsachse zusammenfallende Abtriebs-Drehachse 8 drehbar gelagerte Abtriebswelle 12 ragt an einer Unterseite 13 aus der Tragstruktur 7 heraus und in das Ventilgehäuse 4 hinein, wo sie unter Zwischenschaltung einer Kupplungseinrichtung 14 mit dem Ventilglied 6 drehfest verbunden ist.
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Die Abtriebswelle 12 kann zu einer durch einen Doppelpfeil illustrierten, oszillierenden Abtriebs-Drehbewegung 15 angetrieben werden, um das Ventilglied 6 zum Zwecke des Öffnens oder Verschließens des Ventilkanals 5 in der einen oder anderen Richtung zu verdrehen. Mit dem an dieser und auch noch an anderer Stelle verwendeten Begriff „oszillierend” soll nur verdeutlicht werden, dass eine Bewegung in zwei einander entgegengesetzten Drehrichtungen möglich ist, wobei der zwischen den beiden Drehbewegungen verstrichene Zeitraum beliebig lang sein kann. Vor allem in der Prozessindustrie gibt es Ventile, die äußerst selten betätigt werden müssen. Gerade solche Ventile rufen jedoch die Problematik hervor, dass das Ventilglied nach längerer Stillstandszeit schwergängig wird oder festsitzt, so dass zum Hervorrufen der Öffnungs- oder Schließbewegung ein sehr hohes Drehmoment benötigt wird. Die hier beschriebene Drehantriebsvorrichtung 1 ist problemlos in der Lage, derart hohe Drehmomente zu liefern.
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Die an der Tragstruktur 7 gelagerte Abtriebswelle 12 ist drehfest mit einem Abtriebs-Schwenkarm 16 gekoppelt. Besagter Abtriebs-Schwenkarm 16 ist quer und insbesondere rechtwinkelig zu der Abtriebs-Drehachse 8 ausgerichtet und ragt, in Achsrichtung der Abtriebs-Drehachse 8 gesehen, quer von der Abtriebswelle 12 weg. Vorzugsweise ist der Abtriebs-Schwenkarm 16 einstückig oder auf sonstige Weise fest mit der Abtriebswelle 12 verbunden. Es kann sich um zwei lösbar miteinander verbundene Komponenten handeln.
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Ein Verdrehen der Abtriebswelle 12 geht mit einem Verschwenken des Abtriebs-Schwenkarmes 16 um eine Abtriebs-Schwenkachse 17 einher, die mit der Abtriebs-Drehachse 8 zusammenfällt. Die auf diese Weise von dem Abtriebs-Schwenkarm 16 ausführbare Abtriebs-Schwenkbewegung ist bei 18 durch einen Doppelpfeil illustriert.
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Zur Erzeugung der Abtriebs-Schwenkbewegung 18 wird der Abtriebs-Schwenkarm 16 mit radialem Abstand zu seiner Abtriebs-Schenkachse 17 mit einer im Folgenden als Schwenkkraft bezeichneten Antriebskraft beaufschlagt. Diese Schwenkkraft liefert ein mit dem Abtriebs-Schwenkarm 16 in Mitnahmeeingriff stehender, als Antriebs-Schwenkarm 22 bezeichneter weiterer Schwenkarm. Der Antriebs-Schwenkarm 22 ist wie der Abtriebs-Schwenkarm 16 relativ zu der Tragstruktur 7 unter Ausführung einer durch einen Doppelpfeil kenntlich gemachten Antriebs-Schwenkbewegung 23 oszillatorisch verschwenkbar, wobei die zugeordnete Schwenkachse zur besseren Unterscheidung als Antriebs-Schwenkachse 24 bezeichnet sei.
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Die Antriebs-Schwenkachse 24 verläuft parallel und mit Abstand zu der mit der Abtriebs-Drehachse 8 zusammenfallenden Abtriebs-Schwenkachse 17 des Abtriebs-Schwenkarmes 16.
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Beide Schwenkachsen 17, 24 sind bezüglich der Tragstruktur 7 ortsfest angeordnet und behalten somit bei Ausführung der Schwenkbewegungen 18, 23 den zueinander eingenommenen Abstand konstant bei.
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Das zum Hervorrufen der Antriebs-Schwenkbewegung 23 erforderliche Eingangsdrehmoment liefert ein als bevorzugt lösbarer Bestandteil der Drehantriebseinheit 2 ausgebildeter Antriebsmotor 25. Der Antriebsmotor 25 ist zweckmäßigerweise an die Tragstruktur 7 angebaut und verfügt über eine rotativ oszillatorisch antreibbare Ausgangswelle 26, die je nach Ausgestaltung der Drehantriebseinheit 2 entweder ohne Übersetzung direkt oder mit Übersetzung indirekt mit dem Antriebs-Schwenkarm 22 antriebsmäßig gekoppelt ist.
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Die 8 zeigt eine Variante mit direkter Kraftübertragung. Hier ist die Ausgangswelle 26 koaxial zu der Antriebs-Schwenkachse 24 angeordnet und es besteht eine direkte Drehmitnahmeverbindung zwischen der Ausgangswelle 26 und dem Antriebs-Schwenkarm 22. Beim Ausführungsbeispiel der 1 bis 6 hingegen liegt eine indirekte Kraftübertragung vor, wobei ein zwischen die Ausgangswelle 26 und den Antriebs-Schwenkarm 22 zwischengeschaltetes Übersetzungsgetriebe 27, durch das das vom Antriebsmotor 25 geleiferte Eingangsdrehmoment verstärkt wird, beispielsweise um den Faktor 4, so dass der Antriebs-Schwenkarm 22 mit einem sehr hohen Antriebsdrehmoment beaufschlagbar ist.
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Bevorzugt ist das Übersetzungsgetriebe 27 als Zahnradgetriebe ausgebildet. Es verfügt hierzu zweckmäßigerweise über einen zu der Antriebs-Schwenkachse 24 konzentrischen, drehfest mit dem Antriebs-Schwenkarm 22 verbundenen ersten Zahnkranz 28, sowie über einen mit dem ersten Zahnkranz 28 kämmenden und bezüglich dem ersten Zahnkranz 28 einen kleineren Radius aufweisenden zweiten Zahnkranz 32, der koaxial zu der Ausgangswelle 26 angeordnet und mit selbiger drehfest verbunden ist. Einer oder beide Zahnkränze 28, 32 können in Gestalt von Zahnrädern 28a, 32a ausgeführt sein. Die Ausgangswelle 26 ist so angeordnet, dass ihre Drehachse 33, die mit derjenigen des zweiten Zahnkranzes 32 identisch ist, mit Parallelabstand zu der Antriebs-Schwenkachse 24 verläuft.
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Der Antriebsmotor 25 kann von fluidisch betätigbarer Bauart sein, wie sie exemplarisch beim Ausführungsbeispiel der 8 realisiert ist. Hier wird das Drehmoment der Ausgangswelle 26 durch Fluidkraft erzeugt, beispielsweise hydraulisch oder vorzugsweise pneumatisch. Es handelt sich bei dem fluidisch betätigbaren Antriebsmotor 25 beispielsweise um einen kompakt bauenden Schwenkflügelmotor, der innerhalb seines Motorgehäuses 34 einen als Kolben fungierenden, drehfest mit der Ausgangswelle 26 verbundenen Schwenkflügel enthält, welcher zwei Antriebskammern voneinander abteilt, die alternativ mit einem fluidischen Druckmedium beaufschlagbar sind, um eine Schwenkbewegung des Schwenkflügels und eine damit einhergehende oszillierende Drehbewegung der Ausgangswelle 26 hervorzurufen.
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Möglich ist auch die Verwendung eines elektrisch betätigbaren Antriebsmotors, wie dies beim Ausführungsbeispiel der 1 bis 7 der Fall ist. Ein solcher Elektromotor kann insbesondere als Schrittmotor oder als Servomotor ausgeführt sein.
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Zweckmäßigerweise definiert die Tragstruktur 7 unter anderem ein Gehäuse 35, dessen Wandung einen Innenraum 36 umgrenzt, in dem die beiden Schwenkarme 16, 22 angeordnet sind. Auch die Komponenten des Übersetzungsgetriebes 27 sind zweckmäßigerweise in diesem Innenraum 36 untergebracht. Der Antriebsmotor 25 ist zweckmäßigerweise außen an das Gehäuse 35 angebaut, insbesondere entweder an einer Oberseite wie beim Ausführungsbeispiel der 8 oder an einer Unterseite wie beim Ausführungsbeispiel der 1 bis 7. Die Ventileinheit 3 ist insbesondere unterhalb des Gehäuses 35 angeordnet.
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Ein Längenabschnitt der Abtriebswelle 12 erstreckt sich in dem Innenraum 36 und trägt dort den Abtriebs-Schwenkarm 16. Die Abtriebswelle 12 durchsetzt einen beim Ausführungsbeispiel an der Unterseite angeordneten ersten Wandabschnitt 42 der Gehäusewandung und ragt mit einem ersten Endabschnitt 37 aus dem Gehäuse 35 heraus. An diesem ersten Endabschnitt 37 kann eine zu bewegende Komponente angebracht werden, die beim Ausführungsbeispiel von dem Ventilglied 6 gebildet ist.
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Mit seinem entgegengesetzten ersten Endabschnitt 38 kann die Abtriebswelle 12 im Innern des Innenraumes 36 enden. Dies ist beim Ausführungsbeispiel der 8 der Fall. Andererseits kann die Abtriebswelle 12 jedoch auch einen dem ersten Wandabschnitt 42 mit Abstand gegenüberliegenden, beim Ausführungsbeispiel an der Oberseite des Gehäuses 35 angeordneten zweiten Wandabschnitt 43 durchsetzen, so dass ein zweiter Endabschnitt 38 der Abtriebswelle 12 ebenfalls aus dem Gehäuse 35 herausragt. Dieser zweite Endabschnitt 38 kann zur Positionserfassung der Abtriebswelle 12 und somit des damit verbundenen Ventilgliedes 6 genutzt werden. Gemäß 3 besteht in diesem Zusammenhang die vorteilhafte Möglichkeit, außen an das Gehäuse 35 eine strichpunktiert angedeutete Positionserfassungseinrichtung 44 anzubauen, die in der Lage ist, eine, mehrere oder sämtliche Drehwinkelpositionen der Abtriebswelle 12 zu erfassen. Eine solche Positionserfassungseinrichtung 44 beinhaltet zweckmäßigerweise geeignete Sensormittel und kann insbesondere auch als Sensorbox bezeichnet werden.
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Die Abtriebswelle 12 kann in denjenigen Bereichen, in denen sie die Wandung des Gehäuses 35 durchsetzt, durch geeignete Lagermittel an dem Gehäuse 35 drehbar gelagert sein. Auf diese Weise ergibt sich automatisch auch die Schwenklagerung des Abtriebs-Schwenkarmes 16.
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Der Antriebs-Schwenkarm 22 ist zweckmäßigerweise ebenfalls an dem Gehäuse 35 gelagert, wobei die zur Drehlagerung getroffenen Maßnahmen die Antriebs-Schwenkachse 24 definieren. Beispielsweise kann der Antriebs-Schwenkarm 22 zwei in Achsrichtung der Antriebs-Schwenkachse 24 nach entgegengesetzten Richtungen abstehende Lagerungsfortsätze 45a, 45b aufweisen, die jeweils in einer zugeordneten, in der Gehäusewandung ausgebildeten Lagerungsausnehmung 46a, 46b drehbeweglich gelagert sind. In diesem Zusammenhang können Mittel zur Gleitlagerung oder auch zur Wälzlagerung vorgesehen sein. Die beiden Lagerungsausnehmungen 46a, 46b befinden sich beim Ausführungsbeispiel an den einander zugewandten Innenflächen des ersten und zweiten Wandabschnittes 42, 43, wobei sich diese beiden Wandabschnitte 42, 43 in Achsrichtung der Antriebs-Schwenkachse 24 unter Begrenzung des Innenraumes 36 mit Abstand gegenüberliegen.
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Der erste Zahnkranz 28 ist zweckmäßigerweise dem mit dem ersten Wandabschnitt 42 kooperierenden ersten Lagerungsfortsatz 45a zugeordnet, wobei ein den ersten Zahnkranz 28 definierendes Zahnrad 28a drehfest von dem ersten Lagerungsfortsatz 45a durchsetzt sein kann oder auch einstückig mit dem Antriebs-Schwenkarm 22 verbunden sein kann.
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Der schon erwähnte Mitnahmeeingriff zwischen den beiden Schwenkarmen 16, 22 wird durch einen ortsfest an dem Antriebs-Schwenkarm 22 angeordneten Mitnehmer 47 realisiert, der zum einen eine gelenkige Kopplung zwischen den beiden Schwenkarmen 16, 22 bewirkt und zum anderen translatorisch beweglich mit dem Abtriebs-Schwenkarm 16 in Eingriff steht.
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Die gelenkige Verbindung ermöglicht eine relative Schwenkbewegung zwischen den beiden Schwenkarmen 16, 22 um eine durch den Mitnahmeeingriff definierte Mitnehmer-Gelenkachse 48, die parallel und mit Abstand zu den beiden Schwenkachsen 17, 24 angeordnet ist. Der translatorische Freiheitsgrad ermöglicht eine als Ausgleichsbewegung 52 bezeichnete und durch einen Doppelpfeil angedeutete Relativbewegung des Mitnehmers 47 relativ zum Abtriebs-Schwenkarm 16 in einer zur Richtung der Abtriebs-Schwenkbewegung 18 quer verlaufenden Richtung in einer zur Abtriebs-Schwenkachse 17 rechtwinkeligen Ebene. Andererseits ist der Mitnahmeeingriff jedenfalls so gestaltet, dass der Mitnehmer 47 in beiden Richtungen der angestrebten Abtriebs-Schwenkbewegung 18 eine als Schwenkkraft bezeichenbare Antriebskraft auf den Abtriebs-Schwenkarm 16 übertragen kann.
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Die beim Ausführungsbeispiel konkret realisierte vorteilhafte Gestaltung der den Mitnahmeeingriff begründenden Maßnahmen sieht unter anderem Maßnahmen vor, die dafür sorgen, dass die translatorische Ausgleichsbewegung 52 eine Linearbewegung ist, die zudem zweckmäßigerweise radial bezüglich der Abtriebs-Schwenkachse 17 orientiert ist. Bevorzugt ist der Abtriebs-Schwenkarm 16 zu diesem Zweck mit einem sich in der entsprechenden Richtung quer zu der Abtriebs-Schwenkachse 17 erstreckenden linearen Führungsschlitz 53 versehen, in den der Mitnehmer 47 eingreift. Der Mitnehmer 47 stützt sich dabei an den beiden einander zugewandten, in Richtung der Abtriebs-Schwenkbewegung 18 orientierten Schlitzflanken 54 je nach Ausführung gleitverschieblich oder abwälzfähig ab.
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Wenn der Antriebs-Schwenkarm 22 seine Antriebs-Schwenkbewegung 23 ausführt, bewegt sich der mit konstantem Abstand zur Antriebs-Schwenkachse 24 angeordnete Mitnehmer 47 entlang einer im Folgenden als Mitnahmekurve 55 bezeichneten kreisbogenförmigen Bahn. Dabei drückt der Mitnehmer 47 auf die ihm jeweils in Schwenkrichtung vorgelagerte Schlitzflanke 54 und übt somit die schon erwähnte Schwenkkraft auf den Abtriebs-Schwenkarm 16 aus, so dass selbiger die Abtriebs-Schwenkbewegung 18 ausführt. Gleichzeitig verlagert sich dabei der Mitnehmer 47 unter Ausführung der Ausgleichsbewegung 52 in der Längsrichtung des Führungsschlitzes 53, wobei sich sein Abstand zur Abtriebs-Schwenkachse 17 kontinuierlich verändert.
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Die Antriebs-Schwenkbewegung 23 wird bei alledem so ausgeführt, dass die Mitnahmekurve 55 die Antriebs-Schwenkachse 24 auf der der Abtriebs-Schwenkachse 17 diametral entgegengesetzten Seite passiert. Es findet durch den Mitnehmer 47 insbesondere keine Durchquerung des zwischen den beiden Schwenkachsen 17, 24 liegenden Bereiches statt. Auf diese Weise ergibt sich ein optimaler Verlauf des an der Abtriebswelle 12 abgreifbaren Abtriebsdrehmoments.
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Die Drehbarkeit bezüglich der Mitnehmer-Gelenkachse 48 kann beispielsweise dadurch realisiert werden, dass der Mitnehmer 47 wie abgebildet eine kreiszylindrische Außenkontur hat. Eine alternative Lösung sieht vor, dass der Mitnehmer 47 unverdrehbar und lediglich zur Ausführung der Ausgleichsbewegung 52 translatorisch bewegbar in den Führungsschlitz 53 eingreift, wobei er dann seinerseits gelenkig bzw. drehbar an dem Antriebs-Schwenkarm 22 gelagert ist.
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Zu Gunsten kompakter Abmessungen sind die beiden Schwenkarme 16, 22 zweckmäßigerweise jeweils in einer radial von der zugeordneten Schwenkachse 17, 24 wegragenden Weise laschenförmig oder stabförmig ausgebildet.
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Gedanklich lässt sich eine die Antriebs-Schwenkachse 24 mit der Mitnehmer-Gelenkachse 48 verbindende erste Verbindungsgerade 56 und eine die Abtriebs-Schwenkachse 17 mit der Mitnehmer-Gelenkachse 48 verbindende zweite Verbindungsgerade 57 definieren. Diese beiden Verbindungsgeraden 56, 57 verlaufen jeweils rechtwinkelig zu den beiden vorgenannten Achsen und bilden zusammen mit einer dritten Verbindungsgeraden 58, die zwischen den beiden Schwenkachsen 17, 24 verläuft, ein Dreieck. In jedem der drei Eckpunkte dieses Dreieckes liegt eine der vorgenannten Achsen 17, 24, 48. Die Ebene des Dreiecks verläuft parallel zu den Schwenkebenen der Schwenkarme 16, 22.
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Die kinematische Auslegung ist nun insbesondere so getroffen, dass die beiden Schwenkarme 16, 22 zwischen zwei Endlagen verschwenkbar sind, wobei die erste Endlage aus 5 hervorgeht und die zweite Endlage eine hierzu bezüglich einer die beiden Schwenkachsen 17, 24 enthaltenden Mittelebene 59 spiegelbildliche Konstellation darstellt. In der ersten Endlage ragen die beiden Schwenkarme 16, 22 zur einen Seite, in der zweiten Endlage zur anderen Seite dieser Mittelebene 59.
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In beiden Endlagen ist der zwischen der ersten Verbindungsgerade 56 und der zweiten Verbindungsgerade 57 gemessene Dreieckswinkel „w” zweckmäßigerweise kleiner als 90°. Bedingt durch die erläuterte Anordnung der beiden Schwenkarme 16, 22 hat dies zur Folge, dass der besagte Dreieckswinkel „w” während des gesamten zwischen den beiden Endlagen liegenden Schwenkbereiches stets kleiner ist als 90°.
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Genauer gesagt hat der Dreieckswinkel „w” in den beiden Endlagen seine maximale Größe. Bei einer von einer Endlage ausgehenden Schwenkbewegung verringert sich dieser Winkel „w” allmählich, bis er bei null liegt, wenn die beiden Schwenkarme 16, 22 die oben erwähnte Mittelebene 59 durchqueren und eine Zwischenstellung vorliegt, in der alle drei Verbindungsgeraden 56, 57, 58 koaxial ausgerichtet sind. Die Mitnehmer-Gelenkachse 48 und die beiden Schwenkachsen 17, 24 liegen in der genannten Zwischenstellung auf einer gemeinsamen Verbindungsgeraden. Die Antriebs-Schwenkachse 24 liegt dabei zwischen der Mitnehmer-Gelenkachse 48 und der Abtriebs-Schwenkachse 17.
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Nach dem Durchschreiten der Zwischenstellung vergrößert sich der zwischen der ersten und zweiten Verbindungsgeraden 56, 57 eingeschlossene Winkel „w” wieder bis zur maximalen Größe.
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Dadurch, dass der von der ersten Verbindungsgerade 56 und der zweiten Verbindungsgerade 57 eingeschlossene Winkel „w” stets kleiner als 90° ist, wird eine Überbeanspruchung der von dem Mitnehmer 47 direkt oder indirekt beaufschlagten Komponenten vermieden. Je näher sich der Winkel „w” an 90° annähert, umso größer wird die auf den Abtriebs-Schwenkarm 16 ausgeübte Schwenkkraft, so dass prinzipiell schon angestrebt wird, in den Endlagen einen Winkel „w” zu erhalten, der nur geringfügig kleiner als 90° ist.
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Selbstverständlich ließe sich die Anordnung auch betreiben, wenn in den Endlagen ein Winkel „w” von 90° zugelassen würde.
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Die beiden Endlagen der Schwenkarme 16, 22 werden durch Anschlagmittel 62 vorgegeben. Sie sind zweckmäßigerweise für beide Endlagen gleich aufgebaut. Exemplarisch und vorteilhaft wirken sie mit dem Antriebs-Schwenkarm 22 zusammen. Prinzipiell wäre auch eine Kooperation mit dem Abtriebs-Schwenkarm 16 möglich.
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Zweckmäßigerweise sind die Anschlagmittel 62 einstellbar ausgebildet, um mindestens eine der beiden möglichen Endlagen des zugeordneten Schwenkarmes – hier: des Antriebs-Schwenkarmes 22 – variabel vorgeben zu können. In diesem Zusammenhang ist es vorteilhaft, wenn zur Vorgabe der beiden Endlagen jeweils eigene, unabhängig voneinander einstellbare Anschlagmittel 62 vorhanden sind. Beim Ausführungsbeispiel ist dies der Fall.
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Die Anschlagmittel 62 sind jeweils an der Tragstruktur 7 verstellbar angeordnet und ragen in den Schwenkweg des sich in Richtung der betreffenden Endlage bewegenden Antriebs-Schwenkarmes 22. Gemäß der strichpunktiert umrahmten Ausschnittsdarstellung in 5 beinhalten die Anschlagmittel 62 zweckmäßigerweise jeweils eine in die Tragstruktur 7 eingeschraubte und nach innen in den Innenraum 36 des Gehäuses 35 vorstehende Anschlagschraube 62a, die von außerhalb des Gehäuses 35 her zur Drehbetätigung zugänglich ist. Die in der Endlage eingenommene Winkelstellung des Antriebs-Schwenkarmes 22 hängt nun davon ab, wie weit die Anschlagschraube 62a in den Innenraum 36 hinein und dem Antriebs-Schwenkarm 22 entgegenragt.
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Die beiden Schwenkarme 16, 22 kooperieren quasi im Sinne einer Hebelanordnung. Bedingt durch die besondere Anordnung ist der Schwenkwinkel, den der Antriebs-Schwenkarm 22 zwischen seinen beiden Endlagen überstreicht, wesentlich größer als derjenige des Abtriebs-Schwenkarmes 16. Exemplarisch beträgt der maximale Schwenkwinkel des Antriebs-Schwenkarmes 22 etwa 210°, während der Abtriebs-Schwenkarm 16 zwischen seinen beiden Endlagen einen Winkel von etwa 90° überstreicht. Die Auslegung kann allerdings auch so getroffen werden, dass insbesondere der maximale Schwenkwinkel des Antriebs-Schwenkarmes 16 größer ist.
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Bedingt durch die gewählte Kinematik ergibt sich bei im Bereich der Endlagen stattfindenden Schwenkbewegungen ein überproportional hohes Abtriebs-Drehmoment an der Abtriebswelle 12. Zwar ist hier der durch den Abstand zwischen der Abtriebs-Schwenkachse 17 und der Mitnehmer-Gelenkachse 48 bestimmte, wirksame Hebelarm des Abtriebs-Schwenkarmes 16 relativ klein, was jedoch durch die überaus hohe Schwenkkraft mehr als kompensiert wird. Beim Verschwenken in Richtung der Zwischenstellung verringert sich zwar die wirksame Schwenkkraft allmählich, was jedoch in gewisser Weise durch den sich dabei vergrößernden wirksamen Hebelarm des Abtriebs-Schwenkarmes 16 ausgeglichen wird, so dass das Abtriebs-Drehmoment zwar abfällt, gleichwohl jedoch auf einem relativ hohen Niveau verbleibt.
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Der beim Ausführungsbeispiel realisierte konstruktive Aufbau ermöglicht die Übertragung einer hohen Schwenkkraft zwischen dem Mitnehmer 47 und dem Abtriebs-Schwenkarm 16, ohne den Mitnehmer 47 übermäßig zu beanspruchen. Dies ist unter anderem darauf zurückzuführen, dass der Mitnehmer 47 an dem Antriebs-Schwenkarm 22 nicht nur einseitig befestigt ist, sondern an seinen beiden einander entgegengesetzten Endbereichen.
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Wie insbesondere die 6 illustriert, besteht der Antriebs-Schwenkarm 22 vorzugsweise aus zwei in Achsrichtung der Antriebs-Schwenkachse 24 mit Abstand zueinander angeordneten Schwenkarmschenkeln 22a, 22b, von denen jeder einen der beiden Lagerungsfortsätze 45a, 45b aufweist und die mit Querabstand zu der Antriebs-Schwenkachse 24 durch den Mitnehmer 47 miteinander verbunden sind. Der Mitnehmer 47 durchquert den zwischen den beiden Schwenkarmschenkeln 22a, 22b definierten Zwischenraum 63 und ist mit seinen beiden Endabschnitten an jeweils einem der beiden Schwenkarmschenkeln 22a, 22b befestigt.
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Der Abtriebs-Schwenkarm 16 durchgreift den Zwischenraum 63, und zwar derart, dass der Mitnehmer 47 auch den Führungsschlitz 53 durchquert.
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Somit besteht für den im Vergleich zum Antriebs-Schwenkarm 22 eine größere Länge aufweisenden Abtriebs-Schwenkarm 16 die vorteilhafte Möglichkeit, sich bei Ausführung seiner Schwenkbewegung innerhalb des Zwischenraumes 63 zu bewegen und dabei insbesondere auch die gedachte Antriebs-Schwenkachse 24 zu durchqueren. Bei Einnahme der Zwischenstellung erstrecken sich der nur einschenkelige Abtriebs-Schwenkarm 16 und die beiden Schwenkarmschenkel 22a, 22b des Antriebs-Schwenkarmes 22 mit zueinander paralleler Ausrichtung, wobei der Abtriebs-Schwenkarm 16 oben und unten von je einem der beiden Schwenkarmschenkel 22a, 22b flankiert ist.
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Das Gehäuse 35 ist zweckmäßigerweise rechtwinkelig zu der Abtriebs-Drehachse 8 unterteilt. Es ergeben sich somit ein oberes und ein unteres Gehäuseteil 35a, 35b, von denen das obere Gehäuseteil 35a den zweiten Wandabschnitt 43 und das untere Gehäuseteil 35b den ersten Wandabschnitt 42 definiert. Die Unterteilung ermöglicht eine leichte Montage der im Innenraum 36 untergebrachten Komponenten der Drehantriebsvorrichtung 1.
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Die Drehantriebsvorrichtung 1 kann zusätzlich oder alternativ zu dem Antriebsmotor 25 über nur strichpunktiert angedeutete Handbetätigungsmittel 64 verfügen, die ein manuelles Hervorrufen der Antriebs-Schwenkbewegung 23 gestatten. Die Handbetätigungsmittel 64 bestehen beispielsweise aus einer zu der Antriebs-Schwenkachse 24 koaxialen Betätigungswelle, die drehfest mit dem Antriebs-Schwenkarm 22 verbunden ist und die durch die Wandung des Gehäuses 35 hindurch nach außen ragt. Ihr außerhalb des Gehäuses 35 zugänglicher Endabschnitt kann dann zur manuellen Einleitung eines Drehmoments genutzt werden, entweder direkt oder durch Ansetzen eines beispielsweise als Hebel ausgebildeten Betätigungselementes.
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Bedingt durch die gewählte Kinematik der miteinander kooperierenden Schwenkarme 16, 22 wird unter anderem auch erreicht, dass bei gleichförmiger Schwenkgeschwindigkeit des Antriebs-Schwenkarmes 22 die Schwenkgeschwindigkeit des Abtriebs-Schwenkarmes 16 am Anfang und am Ende seiner Schwenkbewegung sehr gering ist. Auf diese Weise wird der Problematik von Überbeanspruchungen auf Grund eines zu starken Aufpralls wirksam entgegengewirkt. Außerdem wird ein unerwünscht schlagartiger Druckaufbau in dem Ventilkanal 5 vermieden, weil der Strömungsquerschnitt beim Öffnen des Ventils nur allmählich geöffnet wird.
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Das Übersetzungsgetriebe 27 ist beim Ausführungsbeispiel so ausgelegt, dass der zum Verschwenken des Antriebs-Schwenkarmes 22 zwischen seinen beiden Endlagen notwenige Drehwinkel der Ausgangswelle 26 des Antriebsmotors 25 bei etwa 270° liegt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102006043994 A1 [0002]