DE2229821A1

DE2229821A1 - Hydraulischer linearmotor

Info

Publication number: DE2229821A1
Application number: DE2229821A
Authority: DE
Inventors: Frank P Pennucci
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1971-07-12
Filing date: 1972-06-19
Publication date: 1973-02-01
Also published as: US3735671A

Description

PATErJTAMWALTE

DIPL.-IN3. JO AQi-M Nt K. ΖΞΝ2

DIPL-ING. FRIEDRICH G. HELBER

43 ESSEN-BREDENEY

ALFREDSTR. 383 - TEL. -47 2β 87

Neuanmeldung

Fraiii' ϊ. . Pennucci

P 482 16. Juni 1972

Frank P. Pennucci, Hope Ranch, Santa Barbara, Kalifornien, V. St. A,

Hydraulischer Linearmotor

Die Erfindung betrifft eine als Linearmotor arbeitende hydraulische.Arbeitseinheit.

Beim Betrieb vieler Maschinen sind extrem hohe Kräfte erforderlich. Diese Kräfte wurden in der Vergangenheit auf unterschiedlichste Weise erzeugt. So wurden beispielsweise große Schwungräder zur Speicherung von Energie vorgesehen, die dann zur Betätigung von Schnittstanzen oder Blechbiegemaschinen abgegeben wurde; bei anderen Einrichtungen werden große, hydraulisch betätigte Kolben verwendet. Derartige Maschinen waren sehr groß, unhandlich und im allgemeinen in der Herstellung und Betrieb sehr teuer· Demgegenüber wird erfindungsgemäß vorgeschlagen zur billigen und wirksamen Erzeugung von sehr hohen und einseitig gerichteten Kräften Hochdruckschläuche zu verwenden. Durch Anordnung von zwei Druckschläuchen in sie einschließenden Kanälen und von Endanschlägen und durch Summierung und Gleichrichtung der von den Druckschläuchen ausgeübten Kräfte durch ein schwimmendes

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Abstandsstück wurde ein hydraulischer Motor mit überlegenen Eigenschaften geschaffen. Die langgestreckten nutartigen Ausnehmungen und das geführte schwebende Abstandsstück ermöglichen die Verschiebung eines kraftbetätigten Organs zwischen zwei vorbestimmten Stellungen, wobei die Druckschläuche zwischen zwei vorbestimmten Größen ihres Umfangs betätigt werden, in denen sie in mehr oder weniger teilgefülltem Zustand sind. Die vorgeschriebenen Bedingungen ergeben einen Betrieb' der Druckschläuche mit sehr langer Lebensdauer. Durch die Endanschläge wird jede Tendenz zur Verlängerung der Schläuche verhindert. Die Schläuche sind an jedem Ende mit runden Anschlußarmaturen versehen, so daß das Hydraulikmedium freien Durchtritt hat. Da die Schläuche relativ dünn sind, z.B. einen Innendurchmesser von etwa 31,8 mm haben, und da die Länge nur von der Einbaulänge der vorgesehenen Maschine abhängt, ist die erforderliche Menge an Hydraulikflüssigkeit vergleichsweise sehr gering. Wegen der einseitigen Ausrichtung der Kräfte ist der Motor im Vergleich zu bekannten Vorrichtungen sehr wirksam. Die langgestreckten nutartigen Ausnehmungen und das stabilisierende schwimmende Abstandsstück sind so geformt, daß der Umfang der Druckschläuche frei von scharfen Übergängen ist. Die Druckschläuche kommen mit keinerlei scharfen Kanten in Berührung, die eine hohe Spannung verursachen könnten.

Die Erfindung ist in der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert, und zwar zeigt:

Fig. 1 eine Explosionsdarstellung der wesentlichen Bauteile einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 2 eine vereinfachte Endansicht der zusammengebauten Vorrichtung;

Fig. 3 eine teilweise geschnittene zusammengesetzte Ansicht des erfindungsgemäßen hydraulischen Motors, wobei die eingezogene und ausgefahrene Stellung gezeigt ist; und

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Fig. 4 eine perspektivische Ansicht des erfindungsgemäßen hydraulischen Motors in zusammengebautem Zustand.

Die Explosionsdarstellung nach Fig. 1 zeigt die wesentlichen Bauteile des erfindungsgemäßen hydraulischen Motors. Zwei Hochdruckschläuche 1 und 2 sind zwischen einem unteren Schuh 14 und einem schwimmenden Abstandsstück 17 und diesem Abstandsstück und einem oberen Schuh 11 angeordnet. Der untere Druckschlauch 1 liegt eng von einer langgestreckten nutartigen Ausnehmung 15 umschlossen im unteren Schuh 14. Wenn die Vorrichtung zusammengebaut ist, paßt ein rippenartiger Vorsprung '19 auf dem schwimmenden Abstandsstück 17 in den oberen Teil der Ausnehmung 15 oberhalb des Druckschiauchs 1, so daß dieser auf vier Seiten umschlossen ist. Mittels geeigneter (nicht gezeigter), durch Bohrungen 29 und 30 in Gewindebohrungen 27 und 28 und durch Bohrungen 31 und 32 in ähnliche Gewindebohrungen im anderen Ende des Schuhs 14 festgeschraubter Abschlußplatten 7 und 8 wird der Druckschlauch in Längsrichtung begrenzt. Schlauchanschlußarmaturen 3 und 4 dienen zum Anschluß von hydraulischen Zu- und Abflußleitungen für den Druckschlauch. In ähnlicher Weise liegt der obere Druckschlauch 2 passend in einer-langgestreckten nutartigen Ausnehmung 12 im oberen Schuh 11 und wird von einem rippenartigen Vorsprung 18 auf dem schwimmenden Abstandsstück in der Ausnehmung eingeschlossen. Abschlußplatten 9 und 10 mit passend zu Gewindebohrungen 23 und 24 und ähnlichen am anderen Ende des oberen Schuhs 11 vorgesehenen Gewindebohrungen angeordneten Befestigungsbohrungen 25, 26, 33 und 34 bilden die Be-" grenzung in Längsrichtung. Der obere Druckschlauch 2 ist mit hydraulischen Anschlüssen oder Anschlußarmaturen 5 und 6 versehen. Die Anordnung wird in der im folgenden noch näher beschriebenen Weise durch geeignete Bolzen, Federn und Kugel-Lagerhülsenanordnungen zusammengehalten, die durch entsprechende Bohrungen im oberen Schuh, im schwimmenden Abstandsstück und im unteren Schuh, beispielsweise durch die Bohrungen 20, 21 und 22 verlaufen.

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MW -M _emu

Dieser unter Verwendung von Hochdruckschläuchen aufgebaute Hydraulikmotor ist für Betrieb mit hohen Arbeitsdrücken bestimmt. Die Druckschläuche werden beispielsweise Innendrücken

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in der Größenordnung von 352 kp/cm unterworfen. Eine Reihe von wesentlichen erfindungsgemäßen Merkmalen trägt zur Erzielung eines hohen Wirkungsgrades und einer langen Lebensdauer des unter Verwendung von Hochdruckschläuchen aufgebauten Hydraulikmotors bei. Ein für den vorliegenden Anwendungsfall als Hochdruckschlauch geeigneter Schlauch wird unter dem Warenzeichen SYNFLEX von der Firma Samuel Moose & Co., Mantua, Ohio, V. St. A., vertrieben und hat im runden Ausgangszustand einen Außendurchmesser von 36,51 mm, ist halbstarr und weist einen Innendurchmesser von 25,4 mm auf. Unter Hochdruckarbeitsbedingungen und infolge der erzeugten Wärme nimmt der Schlauch eine durch die zwischen den Schuhen und den Rippen des Abstandsstücks begrenzte Umrißform an (siehe auch folgende Beschreibung).

Der Druckschlauch ist dauernd allseitig eingeschlossen, so daß Verlängerung oder Ausdehnung über eine vorbestimmte Stellung hinaus verhindert wird. Die nutartigen Ausnehmungen und das schwimmende Abstandsstück sind in der Nähe ihrer Enden durch Abschrägung in der Umrißform verändert, so daß der Schlauch beim Übergang von seinem geformten Körperabschnitt zu seinen runden Enden an den Anschlußarmaturen nur allmählichen Formänderungen unterliegt und völlig frei von scharfen Kanten ist. Diese geneigten Abschnitte sind bei 35 und 37 an der oberen Zunge des AbstandsStücks (die untere Rippe ist ähnlich ausgestaltet) und bei 36 und 38 in der Ausnehmung des unteren Schuhs (die Ausnehmung des oberen Schuhs ist ähnlich ausgebildet) gezeigt. Die Abschlußplatten 7, 8, 9 und 10 begrenzen die Druckschläuche in Längsrichtung und verhindern ihre Verlängerung, die zu zunehmender Abnutzung und Verschlechterung oder Alterung führen könnte.

Da der erfindungsgemäße¹hydraulische Motor zur Erzeugung extrem hoher Drücke bestimmt ist, ist es wesentlich, daß die Kräfte nur in eine Richtung, d.h. genau entlang der die beiden Schuhe halbierenden Längs-Mittelebene gerichtet sind. Die in den beiden

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Schuhen vorhandenen Ausnehmungen, der totale Einschluß der beiden Betätigungs-Druckschläuche sowie die Verwendung des geführten, schwebenden Abstandstücks tragen hierzu bei. Eine weitere Ausgestaltung, die ebenfalls zur Sicherstellung solcher in die gleiche Richtung gerichteter Kräfte dient, ist durch die Ausrichtnut 13 in der Oberseite des oberen Schuhs gegeben. Der hydraulische Motor sollte mittels eines passgenau in die Ausrichtnut 13 eingepaßten Führungsteils in einem Arbeitsrahmen und mit möglicherweise erforderlichen weiteren äußeren (nicht gezeigten) Führungen eingebaut werden, so daß sich der Motor unter hohen Spannungen nicht schräg stellen kann.

Fig. 2 ist eine vereinfachte Endansicht der zusammengebauten Vorrichtung, aus welcher der gegenseitige Eingriff und das Zusammenwirken der verschiedenen Teile hervorgeht. Die Ansicht zeigt den Zustand minimaler Ausdehnung der Druckschläuche, d.h. die Ausgangs- oder Ruhestellung vor Ausübung einer Kraft. Der obere Schuh 11, das schwimmende Abstandsstück 17 und der untere Schuh 14 sind in genauer Ausrichtung zueinander zusammengebaut. Der obere passgenau in die Ausnehmung 12 des oberen Schuhs 11 eingreifende rippenartige Vorsprung 18 und der untere passgenau in die Ausnehmung 15 des unteren Schuhs 14 eingreifende rippenartige Vorsprung 19 stellen die genaue Ausrichtung sicher. Darüber hinaus stellen durch die fluchtenden Bohrungen (z.B. 20,21 und 22 in Fig. 1) geführte Bolzen und Lager eine genaue Ausrichtung sicher, wie im folgenden in Verbindung mit Fig. noch näher erläutert wird. Wenn der obere Schuh 11 auf dem Abstandsstück 17 und dieses seinerseits auf dem unteren Schuh aufsitzt, bildet der durch die Ausnehmung 12 und 15 gegebene Hohlraum im Zusammenwirken mit den Vorsprüngen 18 und 19 einen vorbestimmten Raum für die Druckschläuche 1 und 2 in der minimalen Füllstellung. Der Hohlraum ist durch Ausrundung des oberen Schuhs 11 bei 43 und 44*, des unteren Schuhs 14 bei 45 und 46, der oberen Lippen 49 und 50 des oberen Vorsprungs 18 und der unteren Lippen 47 und 48 des unteren VorSprungs 19 weiter angepaßt, so daß ein entsprechend konturierter Raum für den Druckschlauch entsteht. Dies kann als erster Begrenzungszustand oder als erste

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Stellung des Druckschlauchs bezeichnet werden. Die voll gefüllte oder ausgefahrene Stellung wird in der zweiten oder Maximalsteilung des Umfangs des Schlauches eingenommen, wie im folgenden im einzelnen beschrieben wird.

Fig. 3 ist eine zusammengesetzte Ansicht, in welcher die linke Seite im wesentlichen der in Fig. 2 gezeigten Endansicht entspricht, während die rechte Seite teilweise geschnitten ist und die Vorrichtung in voll ausgefahrener Hubstellung zeigt, wobei die Druckschläuche in ihrer zweiten oder voll ausgedehnten Umrißstellung stehen. Zusätzlich zu denen in Figuren 1 und 2 gezeigten und vorstehend beschriebenen Bauteilen zeigt Fig. 3 eine Haiterungseinrichtung in Form eines an einem Ende mit einem Kopf 52 und am anderen Ende mit einer Spannmutter 53 versehenen durchgehenden Bolzens. Dieser Bolzen wird von einer zylinderischen Kugel-Lagerhülsenanordnung 55 und einer geraden, zylinderischen Büchse 56 umgeben (die in der rechten Seite der Fig. genauer im Schnitt gezeigt sind). Zwischen dem oberen Schuh und dem Kopf 52 ist eine Rückstellfeder 54 vorgesehen. Wie aus der im folgenden beschriebenen Fig. 4 hervorgeht, ist eine Vielzahl solcher Halterungseinrichtungen vorgesehen. Die Rückstellfedern dienen zum Anziehen des unteren Schuhs und des schwimmenden Abstands— stücks nach dem Rückhub der Druckschläuche in ihrer Ausgangsoder Ruhestellung. Die am schwimmenden Abstandstück 17 gebildeten Schultern wirken als genauer Anschlag für den oberen und unteren Schuh in der zurückgezogenen Stellung.

Die rechte Seite von Fig. 3 zeigt den hydraulischen Motor in voll ausgefahrener Stellung. Die Druckschlauehe 1 und 2 sind in ihrer zweiten Stellung mit voll ausgedehnter Umrißform gezeigt. Bei 57 ist ein erster Zwischenraum entstanden,der gleich der Differenz zwischen der minimalen und maximalen Hubstellung des Druckschlauehes 2 ist, und ein zweiter, der Ausdehnung des Druckschlauches 1 entsprechende: Zwischenraum 58 tritt ebenfalls auf. Die Unterseite des unteren Schuhs 14 hat sich um einen Betrag nach unten verschoben,der gleich der Summe der Verschiebungen der beiden Druckschläuche bzw. gleich zweimal der

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Expansion eines Druckschlauchs ist. Die genaue Führung und Umgrenzung der Druckschläuche und die Führung des schwimmenden Abstandsstücks führen zu einer in einer Richtung wirkenden Arbeitskraft. Die Feder 54 ist zusammengepreßt. Die Endstellung des Arbeitshubes wird durch einen unteren Anschlag 59 bestimmt, der Teil eines Aufsatzes, eines Gesenksatzes oder einer anderen Last sein kann. Der untere Anschlag sichert die zweite Umfangseinstellung der Druck sch lau ehe. Auf diese Wei,se arbeiten die Druckschläuche zwischen einer ersten oder minimalen Expansionsstellung und einer zweiten oder maximalen Expansionsstellung. Die erste Stellung ist unter Berücksichtigung von zwei Haupterwägungen gewählt. Zunächst darf der Druckschlauch nicht flach gepresst sein, sondern muß eine minimale Vorform haben, so daß Hydraulikmedium frei einströmen oder austreten kann, ohne daß ein Einschluß möglich ist, und der Druckschlauch darf nicht zu scharf gebogen sein oder unter übermäßigen Spannungen stehen. Zweitens darf der Druckschlauch nicht über eine bestimmte Umrißform hinaus expandiert werden oder an der Ober- oder Unterseite abgerundet werden, wobei Druckverlust oder unzulässige Verschiebung des kanalartig umfaßten Zustande auftreten könnte. Der Druckschlauch darf keinen übermäßigen Spannungen ausgesetzt werden, die sich aufbauen können, wenn der Umfang nicht voreingestellt ist.

Fig. 4 zeigt die Zusammenstellung des hydraulischen Motors oder des hydraulischen Bauteils dessen Einzelbauteile im vorstehenden beschrieben wurden. Da er ohne Anschluß eines äußeren Hydrauliksystems an die Druckschläuche dargestellt ist, ist er in seiner eingezogenen oder Ruhestellung gezeigt. Die Federn 54 haben sich unter Anlage an die Köpfe 52 der Bolzen voll ausgedehnt und der obere Schuh 11 ruht auf dem schwimmenden Abstandsstück 17, welches seinerseits auf dem unteren Schuh 14 aufsitzt. Die Abschlußplatten 8 und 10 sind am unteren Schuh 14 und am oberen Schuh 11 mittels geeigneter Schrauben 60, 61 und 62 befestigt dargestellt.

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Claims

P a te ntansprüche

IJ Hydraulischer Motor, gekennzeichnet durch einen mit einer starkwandigen, kanalartigen Ausnehmung (12) versehenen oberen Schuh (11); einen eine der oberen Ausnehmung in umgekehrter Lage entsprechende, kanalartige Ausnehmung (15) aufweisenden unteren Schuh (14);. ein einen oberen, passend in die Ausnehmung (12) im oberen Schuh eingreifenden und sie teilweise ausfüllenden, sowie einen unteren, passend in die Ausnehmung (15) im unteren Schuh eingreifenden und sie teilweise ausfüllenden unteren rippenartigen Vorsprung (18; 19) aufweisendes, schwimmend angeordnetes Abstandsstück (17); Halterungseinrichtungen (52) zur Aufrechterhaltung der genauen Ausfluchtung der Schuhe (11, 14) und des AbstandsStücks (17) zueinander; ein Paar von zur Betätigung des Motors in die Ausnehmungen (12, 15) einlegbaren Hochdruckschläuchen (1, 2), die an ihren Enden mit Anschlußarmaturen (3, 4, 5, 6) für die Zu- und Abfuhr des Hydraulikmediums versehen sind; Abschlußhalterungen (7, 8, 9, 10) zur Befestigung der Anschlußarmaturen an den Schuhen (11, 14) und zur Begrenzung der Druckschläuche (1, 2) in ihren Längsabmessungen; und durch Rückstellfedern (54) in den Halterungseinrichtungen (52) zum Zurückstellen des unteren Schuhs (14) und des Abstandsstücks (17) relativ zum oberen Schuh (11) bei hydraulischer Entlastung der Druckschiäuche (1, 2).
2. Hydraulischer Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die obere Fläche der Ausnehmung (12) im oberen Schuh (11), die untere Fläche in der Ausnehmung (15) im unteren Schuh (14) und die beiden Vorsprünge (18, 19) so geformt sind, daß sie frei von scharfen Kanten sind und in ihren Endbereichen zwischen den Vorsprüngen (18, 19) und den Ausnehmungen (12, 15) vergrößerten Abstand haben.

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3. Hydraulischer Motor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmungen (12, Ί5) in den Schuhe (11, 14) und die Vorsprünge (18, 19) am Abstandsstück (17) derart ausgebildet und angeordnet sind, daß sie in zusammengebautem Zustand mit eingebauten Druckschläuchen (1, 2) zwei vorbestimmte umschlossene Räume für die Druckschläuche (1, 2) bilden, die bei Entlastung der Druckschläuche kleiner und bei hydraulischer Beaufschlagung mit Arbeitsdruck größer sind, wobei der kleinere Raum den Umfang der in halb ausgedehntem Zustand befindlichen Druckschläuche umgibt, während der größere Raum den bei vollem Arbeitshub maximal ausgedehnten Umfang der Druckschläuche begrenzt.
4. Hydraulischer Motor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Halterungseinrichtungen (52) zylinderische Lagereinrichtungen (55, .56) aufweisen, welche den unteren Schuh (14) und das Abstandsstück (17) gleitend verschiebbar mit dem oberen Schuh (11) verbinden.

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