CH674878A5

CH674878A5 -

Info

Publication number: CH674878A5
Application number: CH165/87A
Authority: CH
Inventors: Michikazu Miyamoto
Original assignee: Smc Corp
Priority date: 1986-01-21
Filing date: 1987-01-19
Publication date: 1990-07-31
Also published as: GB2187507A; SE8700206L; GB8701169D0; JPH0419214Y2; US4744287A; FR2593248B1; DE3701257A1; FR2593248A1; SE8700206D0; JPS62119508U; GB2187507B; SE465836B; DE3701257C2

Description

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CH 674 878 A5

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Beschreibung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Freikolbenmaschine, die zum Antrieb von Maschinen und Fördereinrichtungen geeignet ist.

Freikolbenmaschinen, deren Kolben nicht mit einer Kolbenstange verbunden ist, sondern dessen Bewegung mittels Magneten übertragen wird, sind beispielsweise aus der US-Patentschrift 4 488 477 bekannt.

Eine Freikolbenmaschine dieser Art enthält eine Gruppe treibender und eine Gruppe treibbarer Magnete, die in axialer Richtung verschiebbar innerhalb bzw. ausserhalb eines rohrförmigen Zylinders angeordnet sind. Die Gruppe der treibenden Magnete ist an einem Kolben befestigt, der in dem Zylinder und längs dessen Achse hydraulisch verschiebbar ist. In den beiden Gruppen der treibenden und der treibbaren Magnete sind die einzelnen Magnete derart angeordnet, dass entgegengesetzte Pole einander gegenüberliegen.

Weil Freikolbenmaschinen keine am Kolben befestigte Kolbenstange aufweisen, benötigen sie weniger Raum in der Richtung des Hubs als Kolbenmaschinen mit Kolbenstange. Bei einer Maschine mit einer Kolbenstange beträgt die Länge von Zylinder und Kolbenstange praktisch das Doppelte des Hubs, wenn die Kolbenstange am weitesten aus dem Zylinder vorsteht. Demgegenüber ist die Gesamtlänge einer Freikolbenmaschine praktisch immer gleich dem Hub, unabhängig von der Position des Kolbens.

Bei der praktischen Verwendung beispielsweise in einer Förderanlage muss verhindert werden, dass sich die Gruppe der ausserhalb des Zylinders angeordneten treibbaren Magnete um den rohrförmigen Zylinder dreht. Dazu müssen längs des Zylinders Führungsschienen oder andere entsprechende Bauelemente vorgesehen werden und das zu führende Teil mit der Gruppe der treibbaren Magnete zu einem ganzheitlichen Block zusammengebaut werden. Dieses Zusammenbauen hat aber den Nachteil, dass die Abmessungen des treibbaren Teils vergrössert werden.

Mit diesen Schienen müssen weiter Leitungen für das zum Antreiben des Kolbens erforderliche Druckfluid vorgesehen werden. Solche Leitungen können die einwandfreie Funktion der Maschine behindern.

Beim Zusammenbau des längs der Schienen zu führenden Teils und der Gruppe der treibbaren Magnete auf der Aussenseite des Zylinders kann das treibbare Teil als Block ausgebildet werden, der Bohrungen aufweist, durch die der rohrförmige Zylinder und Stäbe, Rohrleitungen sowie weitere als Führungsschienen geeignete Teile geführt sind. Diese Anordnung ist aber auch mit praktischen Problemen behaftet, wie nachfolgend aufzuzeigen ist.

Das treibbare Teil kann nicht gleichförmig gleiten, solange der Zylinder und die Führungsschienen nicht genau in einer vorgegebenen Position zueinander gehaltert sind bzw. in Positionen, die den Bohrungen in dem Block entsprechen. Das Haltern des Zylinders und der Führungsschiene in einer vorgegebenen Position ist technisch schwierig, und seine

Ausführung ist mit grossen Kosten verbunden. Weiter müssen zum Abnehmen der maximalen Antriebskraft von der Maschine alle auf den das treibbare Teil bildenden Block einwirkenden Kräfte nicht vom rohrförmigen Zylindern, sondern von den Führungsschienen abgenommen werden.

Es ist darum ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Freikolbenmaschine zu schaffen, deren Schienen zum Führen eines treibbaren Teils parallel zum rohrförmigen Zylinder angeordnet sind, welches treibbare Teil Bohrungen zum Durchführen des Zylinders und der Führungsschienen aufweist, um sicherzustellen, dass das treibbare Teil lagefest längs des Zylinders und der Führungsschienen geführt wird.

Es ist ein weiteres Ziel der Erfindung, eine Freikolbenmaschine anzugeben, deren treibbares Teil aus einem Block besteht, durch den ein rohrförmi-ger Zylinder und benachbarte Führungsschienen geführt sind, was das Verkleinern der Abmessungen des treibbaren Teils ermöglicht.

Es ist noch ein weiteres Ziel der Erfindung, eine Freikolbenmaschine zu schaffen, mit Führungsschienen, die parallel zu einem rohrförmigen Zylinder verlaufen und in denen Durchlasskanäle für ein Druckfluid vorgesehen sind, was die Verwendung von zusätzlichen Zufuhr- und Abfuhrleitungen erübrigt. Der Anschluss solcher Kanäle an in eine Endplatte eingebaute Leitungen ermöglicht eine wesentliche Vereinfachung des gesamten Leitungssystems.

Wenn es zulässig ist, auf einen Teil der Anziehungskraft zwischen den zwei Magnetgruppen zu verzichten, müssen bei einer Freikolbenmaschine mit einer Gruppe von in axialer Richtung von einem Druckfluid getriebenen und treibenden und einer Gruppe treibbarer Kolben, die innerhalb bzw. ausserhalb des Zylinders angeordnet sind, die Gruppe der aussen angeordneten treibbaren Magnete nicht dicht an den rohrförmigen Zylinder angepasst werden. Ein anderes Ziel der Erfindung ist darum, die erforderliche Genauigkeit beim Zusammenbau der Maschine zu verringern, durch die Verwendung eines Führungsstabs für das treibbare Teil, der ausserhalb des rohrförmigen Zylinders angeordnet ist.

Es ist noch ein anderes Ziel der Erfindung, eine Freikolbenmaschine zu schaffen, bei der eine genaue Ausrichtung des rohrförmigen Zylinders zu den Führungsschienen nicht erforderlich ist, indem die Beweglichkeit der Gruppe Magnete auf dem treibbaren Teil ausserhalb des Zylinders in der Arbeitsrichtung begrenzt, aber in der quer dazu verlaufenden Richtung möglich ist.

Und es ist schliesslich ein Ziel der Erfindung, eine Freikolbenmaschine zu schaffen, die das Abnehmen der maximalen Antriebskraft ermöglicht, indem jede auf den treibbaren Teil einwirkende äussere Last nicht vom rohrförmigen Zylinder, sondern von den Führungsschienen aufgenommen wird.

Nachfolgend wird eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung mit Hilfe der Figuren beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 die teilweise geschnittene Draufsicht auf ei-

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ne Ausführungsform der erfindungsgemässen Freikolbenmaschine,

Fig. 2 eine Seitenansicht der gleichen Maschine und

Fig. 3 eine Stirnseitenansicht dieser Maschine.

Die in den Figuren gezeigte Freikolbenmaschine enthält einen Zylinder 1 und zwei Führungsstäbe 2, 3, die parallel zueinander angeordnet und an Endplatten 4, 5 befestigt sind. Die Endplatten 4, 5 bilden einen dichten Verschluss für die beiden Enden des Zylinders 1 und gewährleisten eine feste Verbindung des Zylinders mit den beiden parallelen Führungsstäben 2,3.

Im Zylinder 1 ist ein Kolben 6 gleitend eingepasst, an dem eine Gruppe ringförmiger Antriebsmagnete 7 befestigt und zwischen denen Joche 8 angeordnet sind. Die Gruppe der Antriebsmagnete und die dazwischen angeordneten Joche sind zwischen einem Paar ringförmiger Druckstempel 9 eingeschlossen und mittels Dämpfungsscheiben 12 unter Verwendung einer Schraube 10 und einer Mutter 11 zu einer Baueinheit verbunden.

In einer der beiden Endplatten 4 sind Durchlassöffnungen 15, 16 vorgesehen, durch die ein Hydrau-likfluid in und aus den Druckkammern 17,18 auf beiden Seiten des Kolbens 6 im Zylinders 1 strömt. Die Durchlassöffnung 15, durch die Hydraulikfluid in die der Endplatte 4 zugewandte Druckkammer 17 eingeleitet bzw. daraus abgeleitet wird, steht durch die Endplatte 4 direkt mit dem Zylinder 1 in Verbindung. Die Durchlassöffnung 6 dagegen, durch die Hydraulikfluid in die Druckkammer 18 eingeleitet bzw. daraus abgeleitet wird, die sich auf der gegenüberliegenden Seite des Zylinders befindet, ist in der gleichen Endplatte 4 und der Führungsstange 2 benachbart angeordnet und mittels einer Bohrung 19 in der Führungsstange 2 und einem Kanal 20 in der anderen Endplatte 5 mit der Druckkammer 18 verbunden. Die andere Führungsstange 3 weist keine Bohrung auf.

Auf dem rohrförmigen Zylinder 1 ist ein treibbares Teil 25 gleitend aufgepasst. Das treibbare Teil enthält eine Gruppe auf der rohrförmigen Aussen-wand des Zylinders verschiebbarer Magnete 27, zwischen denen Joche 28 eingelegt sind. Die treibbaren Magnete und die Joche sind zwischen einem Paar Gleitringen 29 eingefasst und zu einem Block 26 verbunden, der das treibbare Teil 25 bildet. Die Gruppe der treibbaren Magnete, die Joche und die Gleitringe 29 sind in eine Hülse 31 aus einem nichtmagnetischen Material und beispielsweise aus rostfreiem Stahl eingeschlossen. Die Hülse 31 ist mittels Abstandsstücken und Anschlagringen 35 in einer Bohrung 32 des Blocks 26 befestigt. Zwischen der Aussenfläche der Hülse und der Innenfläche der Bohrung 32 befindet sich ein schmaler Freiraum 33.

Bei dieser Anordnung gleiten nur die Gleitringe 29 auf der äusseren rohrförmigen Fläche des Zylinders 1. Die Gleitringe 29 sind zusammen mit den treibbaren Magneten in der Hülse 31 angeordnet, wodurch die treibbaren Magnete in der Bohrung 32 quer zur Achse des Zylinders 1 bewegbar sind.

Der Block 26 weist Durchgangslöcher 30, 41 auf, durch die die Führungsstäbe 2, 3 geführt sind. Sowohl die Durchgangslöcher 30, 41 als auch die Führungsstäbe 2, 3 weisen eine präzise nachbearbeitete Oberfläche auf, so dass die Stäbe mit minimaler Reibung durch die Löcher gleiten.

Wenn eine äussere Kraft oder Last in radialer Richtung auf das treibbare und längs des Zylinders 1 und der Führungsstäbe 2, 3 gleitende Teil 25 einwirkt, wird diese Last oder Kraft von den Führungsstäben 2, 3 aufgenommen. Die Last wirkt nicht auf den Zylinder, weil die Gleitringe 29 zusammen mit den treibbaren Magneten quer zur Achse des Zylinders bewegbar sind. Die Maschine kann darum die maximal mögliche Kraft zur Wirkung bringen.

In jedem der treibenden Magnete 7 auf dem Kolben 6 und der treibbaren Magnete 27 auf dem treibbaren Teil 25 sind die einzelnen Magnete derart angeordnet, dass gleiche Pole einander benachbart sind und die auf beiden Seiten des rohrförmigen Zylinders 1 einander gegenüberliegenden Magnete entgegengesetzte Polarität aufweisen.

Zwischen den beiden Endplatten 4, 5 ist eine Schiene 43 angeordnet, die Detektoren 44 trägt, mit denen die Position des treibbaren Teils 25 lokalisiert werden kann. In einer ersten Nut 46 der Schiene sind Muttern angeordnet, die mit Schrauben zum Befestigen der Detektoren verschraubt sind. Dieser ersten Nut ist eine weitere Nut 47 benachbart, in der die elektrischen Leitungen für die Detektoren 44 eingelegt sind, um Störsignale zu vermeiden.

Die Detektoren 44 fühlen die Näherung eines auf dem Block 26 des treibbaren Teils 25 befestigten Positionsbestimmungsmagneten und erzeugen ein entsprechendes elektrisches Signal.

Durch die Endplatten 4, 5 sind Justierschrauben 48, 49 geschraubt, die den Hub des treibbaren Teils 25 begrenzen und auch als Stossdämpfer wirksam sind.

Wenn in der beschriebenen Freikolbenmaschine durch ein nichtgezeigtes Umschaltventil ein Hydraulikfluid in die Durchlassöffnung 15 eingeleitet wird und die Durchlassöffnung 16 geöffnet ist, wird der Kolben 6 gegen die Endplatte 5 verschoben, wobei das treibbare Teil 25 durch die zwischen den Magneten auf dem Kolben 6 und diesem treibbaren Teil 25 wirkende Anziehungskraft längs der rohrförmigen Aussenwand des Zylinders 1 verschoben wird. Weil der Block 26 des treibbaren Teils 25 von den zwei Führungsstäben 2, 3 geführt wird, werden die Gleitringe 29 am treibbaren Teil immer in drehungsfreier Berührung mit der rohrförmigen Aussenfläche des Zylinders 1 gehalten.

Wenn umgekehrt ein Hydraulikfluid von der Durchlassöffnung 16 durch die Bohrung 19 und den Kanal 20 in die Druckkammer 18 eingeleitet und die Öffnung 15 geöffnet wird, verschieben sich der Kolben 6 und das treibbare Teil 25 in entgegengesetzter Richtung.

Claims

Patentansprüche

1. Freikolbenmaschine, gekennzeichnet durch einen rohrförmigen Zylinder (1), dessen beide Enden an Endplatten (4, 5) befestigt sind, Führungsstäbe (2, 3), die parallel zu dem rohrförmigen Zylinder ausgerichtet und deren beide Enden an den Endplatten

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befestigt sind, einen Kolben (6), der eine Gruppe treibender Magnete (7) trägt und in dem rohrförmigen Zylinder gleitend eingepasst ist, ein treibbares Teil (25), das auf dem Zylinder gleitend angeordnet ist und eine Gruppe treibbarer Magnete (27) trägt und auf der Aussenfläche des rohrförmigen Zylinders gleitet, welche Gruppen von treibenden und treibbaren Magneten sich gegeneinander anziehen und wobei das treibbare Teil Durchgangsbohrungen (30, 41) aufweist, durch die die Führungsstäbe gleitend geführt sind und dass eine der Endplatten ein Paar Durchlassöffnungen (15, 16) aufweist, durch die ein Hydraulikfluid in Druckkammern (17, 18) auf beiden Seiten des Kolbens in dem Zylinder eingeleitet bzw. aus diesen entlassen werden kann, wobei eine der Durchlassöffnungen direkt mit einer der Druckkammern in Verbindung steht, während die andere Durchlassöffnung über eine in dem einen Führungsstab (2) angeordnete Bohrung (19) und in der anderen Endplatte (5) vorgesehene Kanäle (20) mit der anderen Druckkammer (18) in Verbindung steht.

2. Freikolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Endplatten (4, 5) den Zylinder (1) an dessen beiden Enden abdichten und mit den beiden parallel zum Zylinder ausgerichteten Führungsstäben (2,3) fest verbinden.

3. Freikolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das längs des Zylinders (1) gleitende treibbare Teil (25) einen einstückigen Block (26) bildet, der durchgehende Bohrungen aufweist, durch die der rohrförmige Zylinder und die zwei Führungsstangen geführt sind.

4. Freikolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der in den Zylinder (1) eingepasste Kolben (6) eine Gruppe ringförmiger, treibender Magnete (7) und Joche (8) enthält, welche zwischen einem Paar Druckstempei (9) angeordnet und mit einer in Bohrungen in den Magneten, Jochen und Druckstempeln geführten Schraube (10) und aufgesetzten Mutter (11) zusammengehalten sind.

5. Freikolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das längs des Zylinders (1) gleitend treibbare Teil eine Gruppe alternierend angeordneter, ringförmiger, treibbarer Magnete (27) und Joche (28) enthält, die auf den Zylinder aufge-passt und zwischen einem Paar Gleitringen (29) angeordnet sind, wobei die Gruppe der treibenden und treibbaren Magnete mit entgegengesetzten Polen einander gegenüberliegen.

6. Freikolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den zwei Endplatten (4, 5) eine Schiene (43) vorgesehen ist, um Detektoren (44) zum Feststellen der Position des treibbaren Teils (25) in einer vorgegebenen Stellung zu befestigen.

7. Freikolbenmaschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die zum Feststellen der Position des treibbaren Teils (25) vorgesehenen Detektoren (44) zum Feststellen der Näherung eines Positionsdetektormagneten, der auf dem treibbaren Teil (25) befestigt ist, vorgesehen sind und entsprechende elektrische Signale erzeugen.

8. Freikolbenmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass an jeder Endplatte (4, 5) zum Begrenzen des Hubs des treibbaren Teils (25) Justierschrauben (48,49) vorgesehen sind.

9. Freikolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch ein Paar an den beiden Enden der Gruppe treibbarer Magnete (27) angeordnete Gleitringe (29), welche eine Bewegung quer zur Achse des Zylinders ermöglichen.

10. Freikolbenmaschine nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Gruppe der treibbaren Magnete (27) und die Gleitringe (29) in einer Hülse (31) aus einem nichtmagnetischen Material eingeschlossen sind, welche Hülse mit an beiden Enden anliegenden Abstandsstücken (34) in eine im antreibbaren Teil vorgesehene Bohrung (32) eingesetzt ist und darin mit Anschlagringen (35) gehalten ist, wodurch die Gleitringe mit der Gruppe der treibbaren Magnete quer zur Achse des Zylinders bewegbar sind.

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