CH659860A5

CH659860A5 - Freikolbenmaschine.

Info

Publication number: CH659860A5
Application number: CH6490/82A
Authority: CH
Inventors: Michikazu Miyamoto
Original assignee: Shoketsu Kinzoku Kogyo Kk
Priority date: 1981-11-19
Filing date: 1982-11-09
Publication date: 1987-02-27
Also published as: AU547366B2; DE3240105A1; DE8230398U1; US4488477A; AU9065882A; JPS5876804U; GB2110303A; GB2110303B; US4488477B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Freikolbenmaschine mit einem in einem Zylinder angeordneten und mittels eines Druckfluids in axialer Richtung verschiebbaren Antriebsteil, das mindestens einen zum Gleiten im Zylinder vorgesehenen Kolben und eine daran befestigte Gruppe von Antriebsmagneten enthält, sowie mit einem auf der Aussenfläche des Zylinders angeordneten und zum Gleiten in axialer Richtung vorgesehenen, angetriebenen Teil, das eine Gruppe angetriebener Magnete enthält.

Kolbenmaschinen mit einem durch ein Druckfluid in einem Zylinder angetriebenen Kolben sind allgemein gebräuchlich. In den Kolbenmaschinen dieser bekannten Art erstreckt sich eine am Kolben befestigte Stange von einem Ende des Zylinders nach aussen zu einer am Ende der Schub-5 stange angeordneten Last. Bei dieser Konstruktion beträgt die Gesamtlänge der Maschine, wenn die Schubstange bis ans Ende ihres Hubs aus dem Zylinder hinausgeschoben ist, etwa das Doppelte des Schubstangenhubs. Damit benötigt eine Kolbenmaschine dieser Art einen, verglichen mit dem io Hub der Kolbenstange, relativ grossen Einbauraum.

Um den beschriebenen Nachteil zu beheben, waren sogenannte Freikolbenmaschinen, das sind Kolbenmaschinen ohne Kolbenstange, entwickelt worden. Eine derartige Maschine ist beispielsweise in der JP-Offenlegungsschrift ls Nr. 25 034/1980, basierend auf der GB-Patentanmeldung Nr. 4890/1971, beschrieben worden. Diese Maschine enthält einen Kolben und ein auf der Aussenfläche des Zylinders gleitendes Arbeitsteil. An dem Kolben und an dem Arbeitsteil sind jeweils mehrere Permanentmagnete befestigt, und 20 das Arbeitsteil wird durch die Anziehungskraft zwischen den Permanentmagneten längs der Zylinderaussenfläche bewegt.

Um bei dieser Anordnung die Anziehung oder Haltekraft zwischen den Magnetgruppen des Kolbens und des Arbeitsteils zu verbessern, müssen beispielsweise die Grösse oder die 25 Anzahl der die Magnetgruppen bildenden Magnete erhöht werden. Damit werden aber die Abmessungen und die Kosten für die gesamte Maschine erhöht, was mit dem ursprünglichen Zweck dieser Art von Freikolbenmaschinen, nämlich der Verringerung der Abmessungen, nicht zu ver-30 einbaren ist.

Der vorliegenden Erfindung liegt darum die Aufgabe zugrunde eine Freikolbenmaschine zu schaffen, welche eine vergrösserte Anziehungskraft zwischen einer im Kolben 3S angeordneten Gruppe treibender Magnete und einer im Arbeitsteil ausserhalb des Zylinders angeordneten Gruppe getriebener Magnete aufweist, ohne die Abmessungen oder die Anzahl der Magnete zu vergrössern.

Diese Aufgabe wird mit einer erfindungsgemässen Frei-40 kolbenmaschine der eingangs genannen Art gelöst, die dadurch gekennzeichnet ist, dass die einzelnen Magnete jeder Magnetgruppe in der axialen Richtung des Zylinders derart aneinandergereiht sind, dass die gleichartigen Pole der in der gleichen Magnetgruppe benachbarten Magnete ein-45 ander zugewandt sind und die beiden Magnetgruppen mit den entgegengesetzten Polen ihrer Einzelmagnete einander gegenüberstehen.

Die erfindungsgemässe Freikolbenmaschine ermöglicht die Verwendung von Magneten mit kleineren Abmessungen, die die Abmessungen und die Kosten der gesamten Maschine verringern. Weiter ermöglicht diese Maschine, dass wegen der vergrösserten Anziehungskraft zwischen der Gruppe der treibenden und der Gruppe der getriebenen Magnete die Gruppe der getriebenen Magnete der Bewegung der Gruppe der treibenden Magnete sicher folgt.

Nachfolgend werden der Stand der Technik und ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung mit Hilfe der Figuren beschrieben. Es zeigen:

60

Fig. 1 den schematischen Schnitt durch eine bekannte Freikolbenmaschine,

Fig. 2 die Seitenansicht einer bevorzugten Ausführung der erfindungsgemässen Freikolbenmaschine,

65 Fig. 3 den Schnitt längs der Linie A-A in der nachfolgenden Fig. 4 und

Fig. 4 die axiale Seitenansicht der Freikolbenmaschine gemäss Fig. 2.

so

55

Die Fig. 1 zeigt schematisch den Aufbau einer bekannten Freikolbenmaschine. Diese enthält einen in einem rohrför-migen Zylinder 1 angeordneten Kolben 2 und ein auf den Aussenumfang des Zylinders aufgepasstes Arbeitsteil 3. An dem Kolben und dem Arbeitsteil sind Gruppen von Magneten befestigt, von denen jede aus einer Mehrzahl Per-menentmagnete 4,4,... bzw. 5,5,... gebildet ist. Die Magnete sind mit ihren Seitenflächen benachbart angeordnet und die unterschiedlichen Pole der einzelnen Magnete in jeder Magnetgruppe sind einander gegenüberstehend angeordnet. Wegen der Anziehungskraft zwischen den Permanentmagneten im Kolben 2 und im Arbeitsteil 3 folgt der letztere der Bewegung des von einem Druckfluid verschobenen Kolben. Bei dieser Freikolbenmaschine sind die einzelnen Magnete sowohl im Kolben als auch im Arbeitsteil in axialer Richtung des Zylinders aneinandergereiht, wobei die unterschiedlichen Pole der einzelnen Magnete in jeder Magnetreihe einander benachbart sind.

In den Fig. 2 bis 4 ist eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemässen Freikolbenmaschine 11 gezeigt. Diese enthält ein kolbenähnliches Antriebsteil 12, das in axialer Richtung verschiebbar in den Zylinder 14 der Maschine eingepasst ist, sowie ein antreibbares Arbeitsteil 13, das den Verschiebungen des Antriebsteils 12 folgt.

Die Freikolbenmaschine 11 enthält einen Zylinder 14 aus nichtmagnetischem Material, beispielsweise aus Aluminium, auf dessen beiden seitlichen Enden Abschlussköpfe 14,15 aufgeschraubt sind. Jeder Abschlusskopf weist eine für ein Hochdruckfluid vorgesehene Einlass- und Auslassöffnung I7a, 17b auf, die mittels Durchgangsbohrungen 16 mit dem Innenraum des Zylinders 14 in Verbindung stehen.

Das Antriebsteil 12 ist für eine durch den Druck eines durch die Einlass- und Auslassöffnungen 17a, 17b in den Abschlussköpfen 14,15 ein-bzw. ausgelassenes Hochdruckfluid bewirkte Hin- und Herbewegung in axialer Richtung des Zylinders vorgesehen. Das Antriebsteil 12 enthält eine Gruppe 20 von Antriebsmagneten, die aus einer Mehrzahl von Permanentmagneten 18,18..., die von Jochen 19,19... getrennt sind, gebildet ist. Jeder Permanentmagnet und jedes Joch weist eine zentrale Bohrung auf und ist zwischen einem Paar Kolben 21 eingesetzt. Die Permanentmagnete und die Joche sind zwischen den Kolben mittels einer durch die zentrale Bohrung geführte Schraube 22 und einer Mutter 23 zusammengepresst. Weiter sind zwischen den beiden äusseren Jochs und dem benachbarten Schraubenkopf bzw. der Mutter Dämpfungsscheiben 24 angeordnet, die zum Anstossen an Anlageflächen 15a und Begrenzen des Kolbenhubs im Zylinder vorgesehen sind, sowie Dämpfungsscheibendichtungen 25, die das Zusammendrücken der Dämpfungsscheiben begrenzen sollen und flachen Unterlegscheiben 26, die an der Oberfläche der Dämpfungsscheiben anliegen und diese halten.

Das antreibbare Arbeitsteil 13 weist einen ringförmigen Querschnitt auf und ist auf dem äusseren Umfang des Zylinders 14 in axialer Richtung verschiebbar angeordnet. Das Arbeitsteil enthält eine Gruppe 29 antreibbarer Arbeitsmagnete, die eine Mehrzahl ringförmiger Permanentmagnete 27,27... mit dazwischen angeordneten Jochs 28,28 ... enthält. Die Magnete sind in ein Rohr 30 geschoben, an dessen beiden Enden ein Paar Abschlussringe 31 angeordnet sind, welche letzteren von einem Schraubenbolzen 32 zusammengehalten werden.

In jeder der beiden Magnetgruppen 20 und 29 sind die einzelnen Permanentmagnete 18 bzw. 27 derart angeordnet,

dass ihre gleichartigen Pole in der axialen Richtung der Freikolbenmaschine einander benachbart sind und in den beiden Magnetgruppen entgegengesetzte Pole in radialer Richtung einander gegenüberliegen.

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Im gezeigten Ausführungsbeispiel sind in der Gruppe 20 der Antriebsmagnete eine Mehrzahl einzelner Permanentmagnete 18 in axialer Richtung derart angeordnet, dass ihre gleichartigen Pole S, S bzw. N, N einander benachbart sind. In der Gruppe 29 der Arbeitsmagnete ist eine Mehrzahl einzelner Magnete 27, 27 ..., deren Anzahl gleich der Anzahl der Einzelmagnete in der treibenden Magnetreihe ist, ebenfalls derart zusammengestellt, dass deren gleichartige Pole S, S bzw. N, N einander benachbart sind. Weiter sind die einzelnen Magnete, in der Antriebsmagnetgruppe 20 und die einzelnen Magnete in der Arbeitsmagnetgruppe 29 in einer Weise angeordnet, dass die N-Pole der einzelnen Magnete in der antreibenden Magnetgruppe 20 den S-Polen der einzelnen Magnete in der angetriebenen Magnetgruppe 29, und die S-Pole der einzelnen Magnete der treibenden Magnetreihe 20 den N-Pole der einzelnen Magnete in der angetriebenen Magnetreihe 29 gegenüberliegen.

In Fig. 3 ist weiter eine Druckfluidquelle 33 und ein Umsteuerventil 34 gezeigt, welches letztere das Druckfluid alternierend an die eine der Ein- und Auslassöffnungen 17a, 17b in den Abschlussköpfen 15 leitet bzw. durch die andere der Ein- und Auslassöffnungen ausströmen lässt.

Wenn sich der Antriebsteil 12 der Freikolbenmaschine in der in Fig. 2 gezeigten Stellung befindet und ein Fluid mit hohem Druck durch die Ein- und Auslassöffnung 17a in den Zylinder 14 eingepresst wird, wird das Antriebsteil in der Richtung des Pfeils 40 verschoben und das im gegenüberliegenden Innenraum des Zylinders befindliche Fluid durch die andere Ein- und Auslassöffnung 17b hinausgedrückt. Dabei wird durch die Anziehungskraft zwischen den Magnetgruppen 20 und 29 auch das angetriebene Arbeitsteil 13, das der Verschiebung des treibenden Antriebsteils folgt, bewegt. Umgekehrt werden das Antriebsteil 12 und das Arbeitsteil 13 in der dem Pfeil 40 entgegengesetzten Richtung verschoben, wenn Fluid mit hohem Druck durch die Ein- und Auslassöffnung 17b in den Zylinder eingepresst wird.

Weil bei der gezeigten Ausführungsform der Freikolbenmaschine die einzelnen Magnete 18,27 in den Magnetgruppen 20 bzw. 29 derart angeordnet sind, dass die gleichartigen Pole von in axialer Richtung benachbarten Magneten einander gegenüberliegen, ist die Anziehungskraft zwischen den beiden Magnetgruppen wesentlich grösser als bei der bisher gebräuchlichen Ausführungsform gemäss der Fig. 1, bei der in jeder Magnetgruppe auf der Innen- und auf der Aussenseite des Zylinders 14 die unterschiedlichen Pole der in axialer Richtung benachbarten Magnete 4,4... und 5,5 ... einander zugewandt sind.

Die nachfolgende Tabelle 1 zeigt die Ergebnisse von Messungen der Anziehungskraft zwischen den Magnetgruppen in verschiedenen Typen von Freikolbenmaschinen, welche den gleichen prinzipiellen Aufbau aufwiesen, in Abhängigkeit von der bisher gebräuchlichen und der Fig. 1 entsprechenden, sowie der erfindungsgemässen, in Fig. 3 gezeigten Anordnung. Aus der Tabelle 1 ist klar ersichtlich, dass die Anziehungskraft zwischen den Magnetgruppen mit der erfindungsgemässen Anordnung der einzelnen Magnete gegenüber der bisher gebräuchlichen Anordnung etwa verfünffacht werden kann.

Erfindungsgemässe Anordnung der Anordnung der Magnete gemäss dem

Magnete Stand der Technik

Freikolben

maschine

I

136 (N)

23,5 (N)

Freikolben

maschine

II

134 (N)

23,3 (N)

Freikolben

maschine

III

120 (N)

22,5 (N)

3

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

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Wie oben aufgezeigt wurde, kann die Anziehungskraft zwischen den Magnetgruppen einer Freikolbenmaschine deutlich erhöht werden, wenn die Einzelmagnete sowohl in der auf dem Antriebsteil innerhalb des Zylinders angeordneten treibenden Magnetgruppe als auch in der ausserhalb des Zylinders angeordneten getriebenen Magnetgruppe erfin-dungsgemäss ausgerichtet werden.

B

1 Blatt Zeichnungen

Claims

659860 PATENTANSPRÜCHE

1. Freikolbenmaschine mit einem in einem Zylinder (11) angeordneten und mittels eines Druckfluids in axialer Richtung verschiebbaren Antriebsteil (12), das mindestens einen zum Gleiten im Zylinder vorgesehenen Kolben und eine daran befestigte Gruppe von Antriebsmagneten (18) enthält, sowie mit einem auf der Aussenfläche des Zylinders angeordneten und zum Gleiten in axialer Richtung vorgesehenen, angetriebenen Teil (13), das eine Gruppe angetriebener Magnete (27) enthält, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Magnete ( 18,27) jeder Magnetgruppe in der axialen Richtung des Zylinders (11) derart aneinandergereiht sind, dass die gleichartigen Pole (S, S ; N, N) der in der gleichen Magnetgruppe benachbarten Magnete einander zugewandt sind und die beiden Magnetgruppen mit den entgegengesetzten Polen (S, N; N, S) ihrer Einzelmagnete (18,27) einander gegenüberstehen.

2. Freikolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gruppe der Antriebsmagnete eine Mehrzahl alternierend angeordneter und eine zentrale Bohrung aufweisender Magnete (18) und Joche (19) und die Gruppe (29) der angetriebenen Magnete eine Mehrzahl alternierend angeordneter ringförmiger Magnete (27) und Joche (28) enthält.

3. Freikolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gruppe der Antriebsmagnete eine Mehrzahl Permanentmagnete (18) enthält, welche derart angeordnet sind, dass ihre gleichen Pole (S, S bzw. N, N) einander zugewandt sind und die Gruppe (29) der angetriebenen Magnete die gleiche Anzahl Permanentmagnete (27) wie die Gruppe der Antriebsmagnete enthält, welche derart aneinandergereiht sind, dass ihre gleichartigen Pole (S, S; N, N) einander zugewandt sind, und wobei die Gruppe der Antriebsund der angetriebenen Magnete derart angeordnet sind, dass die N-Pole der einzelnen Magnete in einer der G ruppen den S-Polen der einzelnen Magnete in der anderen Gruppe gegenüberstehen, während die S-Pole der einzelnen Magnete einer Gruppe den N-Polen der einzelnen Magnete in der anderen Gruppe gegenüberstehen.

4. Freikolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gruppe der Antriebsmagnete (18) zwischen einem Kolbenpaar (21) angeordnet ist, dessen Kolben mit einer durch die zentrale Bohrung der Antriebsmagnete (18) geführten Schraube (22) zusammengehalten sind, und wobei jedem Kolben ein Dämpfungsglied (24) zugeordnet ist, das zum Anlegen an eine den Hub des Antriebsteils (12) innerhalb des Zylinders begrenzenden Anlagefläche (15) vorgesehen ist.

5. Freikolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gruppe (29) der angetriebenen Magnete (27) mit einem Rohr (30) umhüllt ist, an dessen beiden Enden Abschlussringe (31) angepasst und mittels eines eingesetzten Schraubenbolzens (22) zusammengehalten sind.