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"Donut"-Aktuator übernimmt Drehanwendungen

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Toroidal Ram Systems Ltd. mit Sitz in Auckland, Neuseeland, hat einen einzigartigen toroidförmigen Drehantrieb für den Einsatz in Hochleistungsanwendungen mit hohem Drehmoment entwickelt.

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Der Torlite soll der weltweit erste hydraulische Aktuator mit gebogenem Stempel sein, der Drehungen bis zu 120° ausführen kann.

Wie es funktioniert

Der Torlite funktioniert im Prinzip ähnlich wie einfache und robuste einfachwirkende Hydraulikzylinder. Anstatt linear zu sein, weist die Konstruktion jedoch einen gekrümmten Zylinderkörper auf, der eine einteilige, gekrümmte Hydraulikstange aufnimmt. Die beiden einfachwirkenden, toroidförmigen Zylinder des Torlite sind einander gegenüberliegend angeordnet, um eine Drehbewegung in beide Richtungen zu erzeugen.

Nach Angaben von Unternehmensbeamten hat der neue Drehantrieb dank seiner schwimmenden Dichtung und Stopfbuchsenbaugruppe dort Erfolg gehabt, wo andere ringförmige Antriebe versagt haben. "Die schwimmend gelagerte Stopfbuchse, durch die sich die Stange bewegt, dient eigentlich nur dazu, die Dichtungen zu halten und eine konstante Abdichtung der Stange bei ihrer Biegung zu ermöglichen", sagte Konstrukteur James Kells. "Da das Stangenende starr fixiert ist (kein Drehpunkt), ist die Stopfbuchse nicht in erster Linie dafür verantwortlich, seitlichen Belastungen standzuhalten, wie es bei einem geraden Zylinder der Fall ist. Wir verwenden standardmäßige, handelsübliche Druck- und Abstreifdichtungen in der Stopfbuchse. Die Druckdichtung ist von geringer Breite, um den Dichtungsverschleiß einer durch sie hindurchgehenden gekrümmten Stange zu verringern. Wir hatten noch nie Probleme mit vorzeitigem Dichtungsverschleiß"

Die innovative Konstruktion ermöglicht einen reibungslosen Betrieb und eine vollständige Abdichtung über den gesamten Bewegungsbereich des Stellantriebs. Derzeit ist der Torlite-Stellantrieb in der Lage, eine Ausgangsdrehung von 100° zu erzeugen, wobei eine Erhöhung auf 120° in Arbeit ist.

Einfache Herstellung

Wie die gebogenen Stäbe kosteneffektiv hergestellt werden, ist normalerweise die erste Frage in den Köpfen der potentiellen Anwender, sagte Kells. "Wir fertigen die gebogenen Stäbe und den Montagefuß als einteiliges Teil auf einer 5-Achsen-Maschine. Die Stäbe werden dann poliert, induktiv gehärtet (durch eine speziell angefertigte Induktionsspule) und dann verchromt

Eine induktionsgehärtete Chromoberfläche gewährleistet eine ausreichende Härtetiefe und einen ausreichenden Korrosionsschutz, um dem für die Erdbewegungsindustrie typischen Missbrauch standzuhalten, fuhr er fort. Eine Nitrierung der Stangen sei gut für Anwendungen geeignet, bei denen die Stangen nicht zu Stoßbelastungen neigen. Die Maßtoleranzen der fertigen Stäbe liegen innerhalb von 0,07 mm (weniger als 0,003 Zoll).

"An dem Herstellungsprozess auf einer 5-Achsen-Maschine ist nichts Ausgefallenes, so dass die Kosten nicht über die Norm hinausgehen", sagte Kells. Da der Ringkolbenstößel nur zwei primäre bewegliche Teile aufweist - die im Zylindergehäuse aus- und einfahrenden Toroidstangen - ist die Einheit viel einfacher als bei schraubenförmigen Aktuatoren, die Dutzende von komplexen Teilen und Dichtungen aufweisen.

Und Sie müssen sich keine Sorgen über lange Vorlaufzeiten oder Lieferverzögerungen machen. "Da die Mehrheit der Torlite-Aktuatorenteile von jeder 5-Achsen-CNC-Anlage hergestellt werden können, sehen wir dies als einen großen Vorteil bei der Lieferung von Einheiten an potenzielle Unternehmen, die an der Implementierung der Technologie interessiert sind", sagte er.

Weniger bewegliche Teile bedeuten in der Regel auch weniger Gefahr von Verschleiß und Ausfall. Die Wartung der Einheit umfasst in erster Linie den Austausch der Dichtungen nach einer bestimmten Anzahl von Betriebsstunden. Dies wird in der Regel an der Maschine ohne Spezialwerkzeuge durchgeführt, was zu minimalen Ausfallzeiten führt. Schrägstirnradantriebe hingegen müssen zur Wartung von einem geschulten Techniker aus der Anlage ausgebaut werden.

Technische Daten

Antriebs- und Haltekräfte des Torlite-Stellantriebs stehen in direktem Zusammenhang sowohl mit dem hydraulischen Betriebsdruck als auch mit der Größe des Hydraulikzylinders. Die Durchflussmenge des Hydrauliköls bestimmt die Betriebsgeschwindigkeit.

Gegenwärtig wurden drei verschiedene Größen für Kippkupplungen an 6-, 14- und 20-Tonnen-Baggern entwickelt. Es kann jedoch jede Größe leicht konstruiert werden, vorausgesetzt der Zylinderkörper und die Stange können auf einer 5-Achsen-CNC-Maschine hergestellt werden.

Der typische maximale Betriebsdruck beträgt 3.500 psi. Höhere Drücke und größere Drehmomente sind möglich, nur begrenzt durch das Spannungsniveau am Fuß der gekrümmten Stange. Die 14-Tonnen-Einheit erzeugt zum Beispiel ein Drehmoment von etwa 12 kNm (8.850 lb-ft) bei 3.500 psi. Das Torlite-Halte-Drehmoment ist identisch mit dem Antriebsdrehmoment, wohingegen Stirnradantriebe von einer inneren Geometrie profitieren, die ein höheres Haltedrehmoment ergibt.

Die Anforderungen an den hydraulischen Durchfluss bei einem Kipphubwerk können im Allgemeinen angepasst werden, um eine flexible Anwendung zu ermöglichen. Öffnungen in einem kundenspezifischen Ventilblock (der auch Rückschlag- und Sicherheitsventile enthält) können geändert werden, um den Durchfluss und damit die Geschwindigkeit des Stellglieds zu variieren.

Die kompakte, schlanke Bauform eignet sich für den Einsatz bei beengten Platzverhältnissen. Die radialen Abmessungen ähneln denen eines vergleichbaren Wendelaktuators, aber die axiale Länge des Torlite ist um etwa ein Drittel geringer und er ist etwa 10% leichter. Und die Vorrichtung ist erweiterbar: Mehrere Zylinder können axial versetzt werden, um zusammenzuarbeiten und höhere Drehmomentausgaben zu erzeugen.

Mögliche Anwendungen

Der Torlite ist für Schwerlastaufgaben gebaut, die eine robuste Konstruktion und hohe Drehmomentausgänge erfordern. Das Produkt kann für eine spezifische Anwendung konstruiert oder als eigenständiger Antrieb geliefert werden, bei dem obere und untere Montageplatten als Befestigungspunkte dienen. Neben dem Einsatz in Baumaschinen eignet er sich auch für Schiffs-, Verteidigungs- und Landwirtschaftsausrüstungen, die Nachführung von Solaranlagen und Satellitenschüsseln, industrielle Automatisierung und Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt.

Und während sich das aktuelle Hydraulikaggregat auf Anwendungen mit hohem Drehmoment konzentriert, kann es an leichtere pneumatische Systeme angepasst werden. Toroidal Ram Systems ist auf der Suche nach Partnerschaften mit anderen Herstellern, die daran interessiert sind, die Technologie an verschiedene technische Industrien und Anwendungen anzupassen.

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