DE3011741A1

DE3011741A1 - Magnetisch betaetigte kolben-zylindereinheit

Info

Publication number: DE3011741A1
Application number: DE19803011741
Authority: DE
Inventors: Takeshi Kuroda
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1979-03-26
Filing date: 1980-03-26
Publication date: 1980-10-09
Also published as: IT8083337A0; GB2047969A; GB2047969B; IT1209818B; US4371798A; FR2452771A1

Description

Magnetisch betätigte Kolben-Zylindereinheit

Die Erfindung bezieht sich auf eine magnetisch betätigte Kolben-Zylindereinheit.

Bei Antriebsmaschinen ist es üblich, ein Betätigungselement einzusetzen, das durch die Bewegung eines Kolbens geführt wird, der sich beispielsweise in einem pneumatischen Zylinder befindet und durch Druckluft von einem Kompressor bewegt wird, die in den Zylinder eingeführt wird. Die Verwendung solcher pneumatischer Zylinder macht jedoch eine aufwendige Installation erforderlich, da neben dem Kompressor Rohrleitungen und Ventile zwischen dem Kompressor und dem pneumatischen Zylinder angeordnet werden müssen. Außerdem ist natürlich eine gasdichte Abdichtung zwischen der Zylinderinnenwand und dem Kolben erforderlich während er die gleitende Bewegung ausführt, um ein Versagen der pneumatischen Einrichtung oder den Austritt des Betätigungsmedxums zu verhindern. Das gleiche trifft selbstverständlich auch für einen hydraulischen Zylinder zu.

In Kenntnis dieses Standes der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, unter Beseitigung der zuvor beschriebenen Nachteile die Kolben-Zylindereinheit so auszubilden, daß aufwendige Dichtungen, Rohrleitungen und Ventile nicht erforderlich sind. Dabei soll die Anordnung einen einfachen und dementsprechend kostengünstigen Aufbau besitzen und eine hohe Funktionssicherheit gewährleisten.

Gelöst wird diese Aufgabe-nach der Erfindung durch die im Hauptanspruch angegebenen Merkmale. Weitere erfindungswesentliche Merkmale sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Kolben-Zylindereinheit gemäß der Erfindung besitzt eine Kolbenstange, die mit einem angetriebenen Segment in Verbindung steht. Weiterhin ist mindestens eine bewegbare Magnet-

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einheit vorgesehen, die aus mehreren Magneten besteht, die sich mit ihren positiven und negativen Magnetpolen wechselweise über einen gleichen Winkel in Umfangsrichtung des Zylinders erstrecken, wobei die Magneteinheit in einer solchen Weise von der Kolbenstange gehauen wird, daß sie sich mit dieser in axialer Richtung zu verschieben vermag, jedoch eine rotatorische Schwenkung hierzu erlaubt. Weiterhin ist auf jeder Seite der bewegbaren Magr.eteinheit mindestens eine stationär angeordnete Magneteinheit vorgesehen, die aus einer Anzahl von Einzelmagneten besteht, deren positive und negative Magnetpde wechselweise einen gleichen Winkel in Umfangsrichtung in der gleichen Weise wie die bewegbaren Magnete einnehmen, wobei die stationären Magneteinheiten jeweils der bewegbaren Magneteinheit gegenüberliegen. Schließlich ist eine Einrichtung zur drehbaren Schwenkung der bewegbaren Magneteinheit relativ zur Kolbenstange vorgesehen, die mit dem antreibenden Segment in Verbindung steht, wobei durch eine drehende Schwenkung der bewegbaren Magneteinheit um einen vorbestimmten Betrag durch die zwischen den Magneten wirkenden anziehenden und abstoßenden Kräfte die Kolbenstange eine Linearbewegung ausführt.

Durch den beschriebenen Aufbau wird nun ermöglicht, die Kolbenstange zu betätigen, indem man lediglich die oder den auf der Kolbenstange gehaltenen beweglichen Magneten mit Hilfe der Schwenkeinrichtung drehend schwenkt, wobei der Aufbau sehr einfach ist, verglichen mit den herkömmlichen Systemen, die einen Flüssigkeitsdruck als Betätigungsmedium benötigen. Weiterhin ist es nunmehr nicht unbedingt erforderlich, daß ein gasdichter Abschluß gegeben sein muß.

Es ist außerdem nunmehr möglich, durch einen relativ geringen Aufwand die Welle zu drehen, wobei man das physikalische Prinzip ausnutzt, daß ein Paar flacher Magnete in dichter Anlage relativ leicht entlang der Kontaktfläche aufgrund einer geringeren äußeren Kraft gleitet, wodurch eine relativ große Kraft frei wird.

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Wietere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung verschiedener Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen. Dabei zeigt im einzelnen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch die magnetisch betätigte Kolben-Zylindereinheit gemäß der Erfindung,

Fig. 2 einen Ausschnitt der Darstellung gemäß Fig. 1 in größerem Maßstab,

Fig. 3 einen Schnitt durch die Einheit entlang der Schnittlinie A-A der Fig. 1,

Fig. 4 einen Schnitt durch die Einheit entlang der Schnittlinie B-B der Fig. 1,

Fig. 5A eine schematische Darstellung zur Erläuterung der Funktion der Einheit und

Fig. 6 einen der Fig. 1 entsprechenden Schnitt durch eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kolben-Zylindereinheit.

Zunächst soll anhand der Fig. 1 bis 5A bzw. 5B eine erste Ausführungsform der Erfindung beschrieben werden. Sie besitzt einen Deckel 2 sowie einen Kolbenstangenabschluß 3, die durch Schrauben 1 miteinander in Verbindung stehen. Der Deckel 2 bzw. der Kolbenstangenabschluß 3 besitzen jeweils Aussparungen 4 und 5 auf der Innenseite , in welchen sich (siehe Fig. 3) vier Dauermagnete 6 bzw. 7 gleicher Größe in Form eines Ventilators oder entsprechend einem Kuchen befinden, wobei sich die positiven und negativen Magnetpole abwechseln und dabei jeweils eine stationäre Magneteinheit 8 bzw. 9 bilden. Beide sich auf beiden Seiten gegenüberliegende Magneteinheiten 8 und 9,entsprechend der Fig. 1, sind so ausgerichtet, daß die Magnete 6 bzw. 7 hinsichtlich ihrere Magnetpole gleich sind. In dem Deckel 2 ist außerdem drehbar eine Welle 11 gehalten, die über

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einen hieran befestigten Hebel 10 mit einem nicht dargestellten Antriebselement in Verbindung steht. In dem Kolbenstangenabschluß 3 ist gleitend eine Kolbenstange 12 gelagert, die schwenkbar und drehbar mit der Welle 11 in Verbindung steht und deren eines Ende an ein, nicht dargestelltes, angetriebenes Element angeschlossen ist, während das andere Ende einen Magnethalter 13 trägt, der relativ hierzu in Rotationsrichtung schwenkbar ist. Ein Stift 14 ist von dem Magnethalter 13 aus eingesteckt und durchgreift eine Nut 15 (siehe Fig. 4), die in Umfangsrichtung in der Kolbenstange 12 ausgebildet ist, während sich eine Keilnut 16 in der Welle 11 befindet. Der Magnethalter 13 vermag zusammen mit der Kolbenstange 12 in axialer Richtung der Welle 13 zu gleiten, während gleichzeitig die Welle 11 um 90° im Bereich der Nut 15 zu schwingen vermag, während sie ebenfalls in axialer Richtung gleiten kann. Der Magnethalter 13 trägt eine ringförmige Scheibe 17, die einstückig hiermit ausgebildet ist, wobei auf beiden Seiten der Scheibe 17 Dauermagnete 18 bzw. 19 befestigt sind. Die Magnete 18 wie auch 19 sind ebenso ausgebildet wie die Magnete 6 und 7, die auf der Innenseite des Deckels 2 bzw. des Kolbenstangenabschlusses 3 angeordnet sind, wobei die jeweiligen vier Magnete, die jeweils gleich groß sind, in der Form eines Ventilators oder in Kuchenform angeordnet sind, mit den positiven und negativen Polen jeweils abwechseln. Dabei liegen sich die positiven und negativen Pole auf entgegengesetzten Seiten der Scheibe 17 einander gegenüber und bilden somit jeweils eine Magneteinheit 20 bzw. 21. Die in den Zeichnungen dargestellten Rahmen 22 unterteilen die Magnete 6, 7, 18 und 19 und bestehen aus einem nicht-magnetischen Material. Mittels einer Mutter 23 ist der Magnethalter 13 auf der Kolbenstange 12 festgehalten. Ein Gummianschlag 24 ist vorgesehen, um den Aufschlag zu dämpfen, wenn die Magnete 6 und 18 oder 7 und 19 aufeinanderschlagen, wie dies jeweils bei der Betätigung der Kolbenstange 12 der Fall ist. Außerdem ist ein Hohlzylinder 25 vorgesehen, der sowohl den Kolbenstangenabschluß als auch den Deckel umgreift. Der Hohlzylinder besteht aus einem magnetischen MaterM wie Eisenblech oder ähnlichem und dient als magnetische Ab-

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schirmung. Sie besitzt außerdem die Funktion die Magneteinheiten 20 und 21 zwischen den beiden Magneteinheiten 8 und zu halten, d.h., in einem solchen Bereich, wo die magnetische Wirkung am geringsten ist.

Nachfolgend soll die Betriebsweise der Einrichtung beschrieben werden. Dabei geht man davon aus, daß die Magnete 18 der Magneteinheit 20, die auf der Kolbenstange 12 gehalten ist, jeweils in einem anziehenden Zustand in bezug auf die Magnete 6 der Magneteinheit 8, die sich innerhalb des Deckels 2 befindet, ausgerichtet sind, wie dies in Fig. 1 'gezeigt ist. In einem sdchen Zustand wird die Welle 11 geschwenkt, indem sie um 90° gedreht wird (siehe Fig. 5A), wobei dann die Magnetpole der gegenüberliegenden Magnete 6 und 18 identisch sind. Durch die abstoßende Kraft wird die Kolbenstange 12 in Richtung des in Fig. 1 dargestellten Pfeiles verschoben. Da die jeweiligen Magnete 18 und 19 der Magneteinheiten 20 und 21 auf der Kolbenstange 12 hinsichtlich ihrer Magnetpole entgegengesetzt sind, wie diejenigen des Kolbenstangenabschlusses, führt dieses andererseits dazu, daß die Magnete 19 von den Magneten 7 des Kolbenstangenabschlusses 3 angezogen werden, wodurch die Bewegung der Kolbenstange 12 noch verstärkt wird. Somit wird auf das angetriebene Element eine verstärkte Kraft übertragen.

Wenn die Kolbenstange 12 dann von der Anlage der Magnete 19 der Magneteinheit-21 mit den Magneten 7 der Magneteinheit 9 auf der Seitenfläche des Kolbenstangenabschlusses 3 zurückgeführt werden soll, ist dies möglich,entweder indem man die Welle 11 um weitere 90 dreht, oder indem man sie zurück in ihre Ausgangslage dreht (siehe Fig. 5B). Die Kolbenstange bewegt sich damit zurück in genau der umgekehrten Weise wie oben beschrieben.

Obwohl die Magnete 6, 7, 18 und 19 jeweils in vier gleichgroße Segmente aufgeteilt sind, bei der speziell beschriebenen Ausführungsform, ist es natürlich möglich, sie in jeder anderen Weise gleichmäßig aufzuteilen mit einer Segmentanzahl von zwei oder mehr. Je größer die Segmentanzahl ist, umso ge-

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ringer ist der Drehwinkel der Welle 11 in einer entsprechend umgekehrten Proportion. Es leuchtet außerdem ein, daß der Magnetaufbau als solcher weiter in beliebige Segmente unterteilt werden kann, solange die Magnetpole identisch sind.

Außerdem kann, obwohl bei der beschriebenen Ausführungsform die stationären Magneteinheiten 8 und 9 sowohl an dem Deckel 2 bzw. dem Kolbenstangenabschluß 3 gehalten sind, wenn der Hub der Kolbenstange 12 verhältnismäßig kurz ist, lediglich eine Magneteinheit entweder an dem Deckel 2 oder dem Kolbenstangenabschluß 3 befestigt sein. In einem solchen Fall besteht der jeweils andere Abschluß aus einem nicht-magnetischen Material. Es ist nebenbei bemerkt natürlich möglich, den Deckel 2 und den Kolbenstangenabschluß 3, an welchem normalerweise die Magnete gehalten sind, aus magnetischem Material herzustellen, um eine magnetische Abschirmung zu bilden, ebenso wie dies in bezug auf den Hohlzylinder 25 beschrieben wurde, um die magnetische Wirkung der Magnete zu verstärken.

In ähnlicher Weise besteht keine absolute Notwendigkeit, zwei bewegliche Magneteinheiten 20 und 21 vorzusehen, sondern es ist ebensogut möglich, nur eine solche einzusetzen.

Bei der beschriebenen Ausführungsfarm mit dem Hohlzylinder ist es außerdem zweckmäßig, zur Sicherstellung einer gleichmäßig glatten Bewegung der Kolbenstange 12 Entlüftungen für den Hohlzylinder 25 vorzusehen.

Es soll nachfolgend eine zweite Ausführungsform der Erfindung unter Bezugnahme auf die Fig. 6 erläutert werden, wobei sich entsprechendb Teile mit gleichen Bezugsziffern wie bei der ersten Ausführungsform versehen sind, die auch entsprechend einer wiederholten Beschreibung nicht bedürfen. Die zweite Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten im wesentlichen dadurch, daß der Hohlzylinder 25' die beiden stationären Magneteinheiten 8 und 9 gasdicht abschließt, während außerdem die ringförmige Scheibe 17, die einstückig mit dem Magnethalter 13 ausgebildet ist, eine hinreichende Dicke besitzt, so daß

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eine Ringdichtung 26 oder ein Kolbenring um den Umfang angeordnet werden kann, um eine hinreichende Gasabdichtung zwischen der Innenfläche des Hohlzylinders 25 und dem Umfang der Scheibe 17 zu gewährleisten. In dem Deckel 2' und dem Kolbenstangenabschluß 3¹ sind jeweils- Öffnungen 27 und 28 vorgesehen, die mit dem abgeschlossenen Innenraum des Zylinders einerseits und einer Rohrleitung 30 andererseits in Verbindung stehen. Innerhalb der Rohrleitung 30 ist ein Ventil 29 zur Strömungssteuerung vorgesehen, und die Bohrungen in dem Deckel bzw. dem Kolbenstangenabschluß sind über Dichtungsringe 31 abgedichtet.

Die Kolbenzylindereinheit gemäß der zweiten Ausführungsform mit dem oben beschriebenen Aufbau arbeitet in der gleichen Weise wie die erste Ausführungsform, wobei der wesentliche Unterschied lediglich darin liegt, daß es möglich ist, die Geschwindigkeit der Bewegung der Kolbenstange 12 zu steuern, indem man das Durchtrittsvolumen durch die Rohrleitung 30 mit Hilfe des Strömungssteuerungsventils 29 einstellt. Dabei ist sowohl eine schrittweise als auch eine gleitende Änderung der Geschwindigkeit möglich, indem man das Ventil 29 entsprechend stufenweise oder gleitend einstellt. Die magnetisch betätigte Kolben-Zylindereinheit besitzt im besonderen bei der Möglichkeit der Steuerung der Bewegungsgeschwindigkeit der Kolbenstange 12 einen großen Einsatzbereich.

Bei dem Fluid, das sich innerhalb des abgeschlossenen Zylinders befindet, handelt es sich vorzugsweise um ein inkompressibles Fluid wie Öl^ Wasser oder ähnliches unter dem Gesichtspunkt der Geschwindigkeitssteuerung. Es kann sich jedoch ebensogut um ein kompressibles Fluid wie Luft oder ähnliches handeln. Beim Einsatz eines kornpressiblen Fluids führt dies zu einer Dämpfung der Schlagwirkung, wenn die bewegbaren Magneteinheiten 20 und 21 auf die stationären Magneteinheiten 8 und 9 auftreffen.

Wie bereits erwähnt, ist bei der Ausführungform gemäß Fig. 6 um den Umfang der Scheibe 17' eine Ringdichtung 26 gelegt, wobei jedoch diese Ringdichtung 26 kein absolutes Erfordernis ist. Der Betrieb der Kolbenzylindereinheit wird tatsächlich nur wenig beeinflußt, wenn ein Spiel zwischen der Innenfläche des

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Hohlzylinders 25' und der Scheibe 17· vorhanden ist, so daß das Fluid dort hindurchtreten kann.

Die Art und Weise wie die Rohrleitung 30 mit dem Steuerventil 29 angeordnet ist, unterliegt keinen Einschränkungen, so daß sie nicht, wie bei der obigen Beschreibung, außerhalb des Hohlzylinders 25' angeordnet sein muß. So ist es auch durchaus möglich, ein anderes Element,wie beispielsweise den Magnethalter 13 'j mit einer Bohrung zu versehen, deren Enden jeweils in einer abgeschlossenen Innenkammer des Zylinders münden. In einem mittleren Bereich der Bohrung kann ein Ventil zur Strömungssteuerung angeordnet sein, wobei sich das Ventil innerhalb des Magnethalters 13' oder einem ahnlichen Element befinden kann.

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Claims

Patentanwälte 8000 München 22 · Steinsdorfstraße 21-22 · Telefon 089 / 22 94

Takeshi Kuroda

7-12, Higashishioya-cho

Kure-shi, Hiroshima-ken

Japan

Magnetisch betätigte Kolben-Zylindereinheit

Patentansprüche:

fIy Magnetisch betätigte Kolben-Zylindereinheit, g e kennzeichnet durch

eine Kolbenstange 112), die mit einem angetriebenen Segment in Verbindung steht,

mindestens eine beweglich angeordnete Magneteinheit (20, 21), die eine Anzahl einzelner Magnete (18, 19) trägt, welche mit ihren positiven und negativen Magnetpolen wechselweise einen

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gleichen Winkelbereich in Umfangsrichtung des Zylinders einnehmen, wobei diese Magneteinheit in einer solchen Weise an der Kolbenstange (12) befestigt ist, daß sie mit dieser in axialer Richtung verschiebbar, jedoch hierzu schwenkbar ist,

mindestens eine fest angeordnete Magneteinheit (8) oder (9), die aus einer Anzahl von Magneten (6,7) besteht, die mit ihren positiven und negativen Magnetpolen wechselweise einen gleichen Winkelbereich in Umfangsrichtung des Zylinders einnehmen, in der gleichen Weise wie die Magneteinheit (20, 21) auf der bewegbaren Seite, wobei die fest angeordnete Magneteinheit der Magneteinheit (20, 21) gegenüberliegend befestigt ist, sowie

eine Einrichtung (11, 16) zum drehenden Schwenken der bewegbaren Magneteinheit (20, 21) relativ zur Kolbenstange (12), wobei die Einrichtung mit dem treibenden Segement in Verbindung steht und beide Magneteinheiten (8)(9) sowie (20, 21) derart angeordnet sind, daß eine Anziehung oder Abstoßung zwischen den Magneten ausführbar ist, wenn die Schwenkeinrichtung (15, 16) betätigt wird, wobei die Magneteinheit (20, 21) um einen vorbestimmten Betrag gedreht wird, was eine Linearbewegung der Kolbenstange (12) ausführt.
2. Einheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die feststehenenden Magneteinheiten (8, 9) in einem axialen Abstand auf beiden Seiten der bewegbaren Magneteinheit (20, 21) dieser jeweils gegenüberliegend angeordnet sind.
3. Einheit nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein die beiden festangeordneten Magneteinheiten (8, 9) umgreifender Hohlzylinder (25·) vorgesehen ist, der sich in axialer Richtung über beide Seiten der bewegbaren Magneteinheit (20, 21) hinaus erstreckt und in gasdichtem Abschluß mit den beiden festangeordneten Magneteinheiten (8, 9) steht unter Bildung einer gasdichten Zylinderkammer, wobei auf beiden Seiten der bewegbaren Magneteinheit (20, 21) Öffnungen (27, 28) vorgesehen sind, an welche sich

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eine Rohrverbindung (30) anschließt, innerhalb welcher ein Steuerventil (29) vorgesehen ist, zur Steuerung des durch die Rohrleitung (30) fließenden Mengenstromes und dementsprechend der Geschwindigkeit der Bewegung der Kolbenstange (12).
4. Einheit nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwenkeinrichtung eine Welle (11) umfaßt, die sich in einer axialen Mittelbohrung innerhalb der Kolbenstange befindet und relativ zu dieser sowohl axial verschiebbar als auch in Drehrichtung schwenkbar ist, während ein Stift (14) eine Umfangsnut in der Kolbenstange (12) durchgreift, dessen eines Ende mit der bewegbaren Magneteinheit (20, 21) in Eingriff steht und dessen anderes Ende in eine sich axial erstreckende Keilnut (16) eingreift, die innerhalb der Welle (11) ausgebildet ist.
5. Einheit nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der gasdichte Zylinder (250 mit einem im wesentlichen inkompressiblen Fluid gefüllt ist.
6. Einheit nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der gasdichte Zylinder (25·) mit einem kompressiblen Fluid gefüllt ist.

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