CN101103199A - 被轴向驱动的活塞-缸单元 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种被轴向驱动的活塞-缸单元，具有：一个缸(2)；一个活塞(3)，该活塞可在第一活塞位置与第二活塞位置之间在该缸(2)的轴向方向上往复运动，在该第一活塞位置中，由该活塞(3)和该缸(2)包围的缸容积(18)最大，在该第二活塞位置中，该缸容积最小；以及一个可在该缸的轴向方向上往复运动的驱动元件(50)，该驱动元件与该活塞(3)通过一个活塞杆(4)机械地相连接，其特征在于：该活塞杆(4)在其第一端部(4′)上和/或在其第二端部(4″)上借助于一个弹性装置(6)与该活塞(3)或与该驱动元件(50)可抵抗该弹性装置的预压紧力相对于该活塞(3)或相对于该驱动元件(50)轴向运动地这样相连接，使得当活塞底部(16)在该活塞(3)运动到缸孔(10)的缸盖侧的端壁(12)处的第二活塞位置中时靠置在所述缸盖侧的端壁(12)上时，该驱动元件(50)抵抗该弹性装置(6)的力继续运动并且因此该驱动元件(50)被制动。

Description

被轴向驱动的活塞-缸单元
本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分的被轴向驱动的活塞-缸单元。
这种活塞-缸单元例如已由US 5,525,845公开。在该文献中，活塞杆不仅与直线驱动装置的可轴向运动的驱动元件、而且与活塞刚性地连接。在由直线电动机驱动的活塞工作时可出现这样的状态，在该状态中，由可运动的驱动元件、活塞杆和活塞组成的单元的由直线电动机产生的轴向振动经历振动驱动振幅的升高，以致活塞可用活塞底部撞击在缸孔的底部上。在此情况下可致使活塞底部或缸孔的缸盖侧的端壁损坏。
本发明的任务在于，这样构造所述类型的被轴向驱动的活塞-缸单元，使得活塞或缸毁坏的危险降低。
该任务通过权利要求1中给出的特征来解决。
在活塞-缸单元正常工作中，活塞杆不仅精确地固定在活塞上，而且精确地固定在驱动元件上并且在驱动元件、活塞杆与活塞之间不发生相对运动。只有在过载情况下，即当由驱动元件施加的力超过弹性装置的预压紧力时，在驱动元件与活塞杆之间或在活塞杆与活塞之间才进行相对运动。
通过使驱动元件的质量与活塞借助于弹性装置脱开耦合，在活塞运动到压缩位置中时，当活塞靠置在缸孔的缸盖侧的端壁上时驱动元件由弹性装置制动。由此，仅活塞的质量可能与活塞杆的质量、但不与驱动元件的质量冲击到缸孔的缸盖侧的端壁上。由此产生的冲量相对于由活塞、活塞杆和驱动元件组成的刚性单元明显地小，由此也使活塞底部或缸孔的缸盖侧的端壁损坏的危险显著降低。
在一个有利的构型中，活塞底部设置有一个开口，活塞杆的第一端部穿过该开口，其中，活塞杆可相对于活塞在活塞的轴向方向上运动，其中，弹性装置设置在活塞杆与活塞之间，其中，弹性装置将活塞杆从活塞朝驱动装置预压紧，其中，活塞杆设置有一个端部止挡，该端部止挡避免活塞杆从该开口中脱出。在该构型形式中，冲击在缸盖侧的端壁上的质量更进一步减小，因为活塞杆的质量与活塞也脱开耦合。
在此特别有利的是，活塞杆在开口中被密封地导向，为此优选设置有一个环绕活塞杆的密封装置。在该构型中，压缩效率得到改善，因为由活塞压缩的介质不可通过环绕活塞杆的环状间隙开口泄漏。
另一个有利实施形式的特征在于：驱动元件设置有一个开口，活塞杆的第二端部穿过该开口，活塞杆可相对于驱动元件在驱动元件的轴向方向上运动，弹性装置设置在活塞杆与驱动元件之间，并且弹性装置将活塞杆从驱动装置朝活塞预压紧，其中，活塞杆设置有一个端部止挡，该端部止挡避免活塞杆从该开口中脱出。在该变型方案中，脱开耦合借助于弹性装置在驱动元件侧进行，由此可在活塞与活塞杆之间设置一个固定的连接装置并且不必在活塞底部中设置开口的昂贵的密封装置。
优选弹性装置具有一个弹簧或由一个弹簧构成。在此特别优选设置一个碟形弹簧装置或一个承受压力或拉力负荷的螺旋弹簧。
特别有效的是在直线驱动装置、例如直线电动机中实现本发明，其中，活塞被直线驱动装置的可运动的驱动元件加载以便往复运动地被驱动。
根据本发明的被轴向驱动的活塞-缸单元的优选应用是在用于产生压力流体的压缩机中使用。
下面参照附图借助于一个实施例对本发明进行详细描述。附图表示：
图1本发明的在活塞的区域中脱开耦合的第一实施形式；
图2根据图1的实施形式中活塞杆穿过活塞底部的放大视图。
图1中示出了一个具有缸2和活塞3的活塞-缸单元1的纵剖面。缸2设置有一个缸孔10，活塞3可在缸孔10的纵向轴线X的方向上往复运动地且被自由导向地被接收在该缸孔中。活塞3在缸2中被气体支承着。缸孔10的构造在缸盖23上的缸盖侧的端壁12、缸孔10的内圆周壁14和活塞底部16限定缸容积18的边界。
一个设置有示意性地示出的阀20的进入通道22通到缸孔10的缸盖侧的端壁12中。在缸盖侧的端壁12中也设置有一个排放通道24，该排放通道具有一个相应的阀26；该排放通道也通到缸孔10中。
当活塞3在图1中向左运动时，流体通过进入通道22和进入阀20被抽吸到缸室18中，当活塞3向右运动时，该流体在压缩状态下通过排放阀26和排放通道24被推出。所示的活塞-缸单元1是一个活塞工作机的一部分，在该活塞工作机中，被推出的流体是气态的，在压缩机中例如就是这种情况。但本发明原则上也可在其它活塞工作机中使用，例如在泵中使用。
活塞3由一个直线驱动装置5的可沿轴线Y往复振动地纵向运动的驱动元件50驱动，该直线驱动装置在该图中仅示意性地示出。该可运动的驱动元件50与活塞3通过一个活塞杆4机械地相连接。活塞杆4在轴向方向上不是弹性的并且由此能够将轴向力从驱动元件50传递到活塞3上。
活塞杆4与驱动元件50刚性地相连接。活塞杆4在活塞3中可在缸2的纵向轴线X的方向上或者在活塞3的与该纵向轴线同轴的纵向轴线X′的方向上移动地被导向。为此，活塞杆4在活塞3的内部由一个环状的径向支架31支承，其中，该径向支架31在其径向外圆周上与活塞3固定地相连接并且具有一个中央的开口，活塞杆4可轴向移动地穿过该开口。
在活塞底部16中设置有一个中央的穿通开口16′(图2)，活塞杆4以其活塞侧的第一端部4′可轴向移动地穿过该穿通开口。活塞杆4在其活塞侧的第一端部4′上设置有一个端侧的蘑菇状的头部41，该头部的拱曲的表面朝缸盖23指向。该蘑菇状的头部41在其背后的朝活塞底部16指向的侧上形成一个环形的支承面41′，该支承面的外直径大于活塞底部16中的开口16′的直径，由此保护活塞杆4以免在图中向左滑动出来。
活塞杆4的活塞侧的第一端部4′具有相对于活塞杆4的其余部分减小的直径。绕该直径可设置一个密封装置43，该密封装置将活塞杆4的活塞侧的第一端部区段4′相对于活塞底部16的穿通开口16′的内圆周密封。
在活塞3的内部作为弹性装置6在径向支承架31的区域中设置有一个环状的拱曲的碟形弹簧44，该碟形弹簧的外圆周锚接在活塞3上并且该碟形弹簧具有一个中央的孔，活塞杆4穿过该孔，其中，环状的碟形弹簧44的内圆周锚接在活塞杆4上。碟形弹簧44在图1中向左即朝驱动元件50凸地拱曲，由此，碟形弹簧44在图1中向左在活塞杆4上施加预压紧力，由此使活塞杆4的活塞侧的第一端部4′上的蘑菇状的头部41在弹簧44的压紧力下以其环形的面41′靠置在活塞底部16上。
如果活塞3在图中向右即朝压缩位置中运动——被包围的缸容积18在该压缩位置中最小，则活塞底部16靠置在缸盖23的缸盖侧的端壁12上。由于可运动的驱动元件50和活塞杆4的惯性，驱动元件50和活塞杆4使这种向右的运动抵抗碟形弹簧44的力继续进行并且被碟形弹簧44的弹簧力制动。活塞杆4的活塞侧的端部4′上的蘑菇状的头部41在此情况下从活塞底部16上抬起并且运动到一个留空部25中，该留空部在缸盖23中构造在排放通道24通到缸容积18中的通入部的区域中。以此方式，活塞底部16冲击到缸盖侧的端壁12上时的冲量限制在活塞3的质量上，而驱动元件50和活塞杆4的质量在时间上在活塞底部16冲击到缸盖侧的端壁12上之后由弹簧44制动。
作为替换方案，活塞杆4也可与活塞3固定地相连接，其中，活塞杆4的可轴向移动的支承装置于是设置在驱动元件50中并且由弹簧44构成的弹性元件设置在活塞杆4与驱动元件50之间。
本发明并不局限于上述实施例，该实施例仅用于对本发明的核心思想作一般性说明。而在保护范围的框架内，根据本发明的装置也可呈现不同于上述构型形式的构型形式。该装置在此尤其可具有这样的特征，这些特征是权利要求的各单个特征的组合。
权利要求书、说明书和附图中的参考标号仅用于更好的理解本发明并且不应限制保护范围。

Claims (7)

1.被轴向驱动的活塞-缸单元，具有：
-一个缸(2)，
-一个活塞(3)，该活塞可在第一活塞位置与第二活塞位置之间在该缸(2)的轴向方向上往复运动，在该第一活塞位置中，由该活塞(3)和该缸(2)包围的缸容积(18)最大，在该第二活塞位置中，该缸容积最小，以及
-一个可在该缸的轴向方向上往复运动的驱动元件(50)，该驱动元件与该活塞(3)通过一个活塞杆(4)机械地相连接，
其特征在于：
-该活塞杆(4)在其第一端部(4′)上和/或在其第二端部(4″)上借助于一个弹性装置(6)与该活塞(3)或与该驱动元件(50)可抵抗该弹性装置的预压紧力相对于该活塞(3)或相对于该驱动元件(50)轴向运动地这样相连接，使得当活塞底部(16)在该活塞(3)运动到缸孔(10)的缸盖侧的端壁(12)处的第二活塞位置中时靠置在所述缸盖侧的端壁(12)上时，该驱动元件(50)抵抗该弹性装置(6)的力继续运动并且因此该驱动元件(50)被制动。
2.根据权利要求1所述的被轴向驱动的活塞-缸单元，其特征在于：
-该活塞底部(16)设置有一个开口(16′)，该活塞杆(4)的第一端部(4′)穿过该开口，
-该活塞杆(4)可相对于该活塞(3)在该活塞(3)的轴向方向上运动，
-该弹性装置(6)设置在该活塞杆与该活塞(3)之间，以及
-该弹性装置(6)将该活塞杆(4)从该活塞(3)朝该驱动装置(50)预压紧，其中，该活塞杆(4)设置有一个端部止挡(41′)，该端部止挡避免该活塞杆(4)从所述开口(16′)中脱出。
3.根据权利要求2所述的被轴向驱动的活塞-缸单元，其特征在于：该活塞杆(4)在所述开口(16′)中被密封地导向，为此优选设置有一个环绕该活塞杆(4)的密封装置(43)。
4.根据权利要求1所述的被轴向驱动的活塞-缸单元，其特征在于：
-该驱动元件(50)设置有一个开口，该活塞杆(4)的第二端部(4″)穿过该开口，
-该活塞杆(4)可相对于该驱动元件(50)在该驱动元件(50)的轴向方向上运动，
-该弹性装置设置在该活塞杆(4)与该驱动元件(50)之间，以及
-该弹性装置将该活塞杆(4)从该驱动装置(50)朝该活塞(3)预压紧，其中，该活塞杆(4)设置有一个端部止挡，该端部止挡避免该活塞杆(4)从所述开口中脱出。
5.根据上述权利要求之一所述的被轴向驱动的活塞-缸单元，其特征在于：该弹性装置(6)具有一个弹簧(60)。
6.根据上述权利要求之一所述的被轴向驱动的活塞-缸单元，其特征在于：该活塞(3)被直线驱动装置(5)的可运动的驱动元件(50)加载以便往复运动地被驱动。
7.压缩机，用于产生压力流体，具有至少一个根据权利要求1至6之一所述的被轴向驱动的活塞-缸单元(1)。
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