EP1657452A1 - Pneumatische Oszillatorvorrichtung - Google Patents

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EP1657452A1
EP1657452A1 EP04026664A EP04026664A EP1657452A1 EP 1657452 A1 EP1657452 A1 EP 1657452A1 EP 04026664 A EP04026664 A EP 04026664A EP 04026664 A EP04026664 A EP 04026664A EP 1657452 A1 EP1657452 A1 EP 1657452A1
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EP
European Patent Office
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oscillator
piston
control section
oscillator device
chamber
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EP04026664A
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English (en)
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EP1657452B1 (de
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Steffen Hülsmann
Heiko Haase
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Festo SE and Co KG
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Festo SE and Co KG
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B15/00—Fluid-actuated devices for displacing a member from one position to another; Gearing associated therewith
    • F15B15/02—Mechanical layout characterised by the means for converting the movement of the fluid-actuated element into movement of the finally-operated member
    • F15B15/04—Mechanical layout characterised by the means for converting the movement of the fluid-actuated element into movement of the finally-operated member with oscillating cylinder
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B15/00—Fluid-actuated devices for displacing a member from one position to another; Gearing associated therewith
    • F15B15/20—Other details, e.g. assembly with regulating devices
    • F15B15/22—Other details, e.g. assembly with regulating devices for accelerating or decelerating the stroke
    • F15B15/224—Other details, e.g. assembly with regulating devices for accelerating or decelerating the stroke having a piston which closes off fluid outlets in the cylinder bore by its own movement

Definitions

  • the invention relates to a pneumatic oscillator device, comprising an oscillator housing, in which there is an oscillating chamber, in which an oscillator piston is arranged linearly displaceable back and forth, which divides the oscillation chamber axially into two working chambers, which are alternately acted upon in opposite directions with compressed air and vented to to cause an oscillatory movement of the oscillator piston between two end positions.
  • a valve slide is caused to oscillate by alternately loading and unloading two external working chambers in order to supply or relieve two outputs alternately with a fluid.
  • an additional valve device is provided, in which internal fluid flows influence one another in such a way that the connected working chambers are alternately pressurized and vented. The necessary control engineering and construction effort is relatively large.
  • the oscillator device is used to generate electrical energy
  • at least one permanent magnet is coupled in motion with the oscillator piston, which thus participates in the oscillatory motion and which is arranged so that it moves relative to a relative to the oscillator housing coil assembly, so that an electrical voltage is induced therein, which can be tapped as electrical energy for any purpose.
  • an electrical voltage is induced therein, which can be tapped as electrical energy for any purpose.
  • the oscillator piston In order to ensure a relatively large stroke of the oscillator piston, the oscillator piston during its reciprocating movement expediently passes through a transitional movement phase during which it shuts off all supply air and exhaust air openings. Due to the pressure difference between the trapped in the working chambers volumes during this transitional movement phase further safe movement is ensured without compressed air is supplied and discharged with respect to the working chambers. If a very high-frequency Oszillatonsterrorism be generated, which requires only a small stroke, can also be dispensed with the aforementioned transition movement phase. In particular, the gradual continuous closing of one opening may then be superposed with the gradual, continuous opening of the other openings, and vice versa.
  • a particularly high-frequency oscillation movement is also favored by the fact that the oscillator piston is arranged without seal displaceable in the oscillation chamber.
  • the coefficient of friction can be reduced to a minimum in this way.
  • one of the working chambers via a throttle point can be permanently connected to a compressed air source, which pressure moderately ensures a slight asymmetry, which has a preferred position of the oscillator piston result , In regular operation, this pressurization does not cause any significant adverse effects due to the very low flow rate.
  • measures which enable a mechanical displacement of the oscillator piston into an end position for example an actuating tappet protruding from the oscillator housing.
  • the oscillator piston two axially spaced, each having an axial control length having control sections, between which is arranged by at least one circumferential piston recess of the oscillator piston axially offset from each control section Beaufschlagungsabterrorism, wherein the both sides of the Beaufschlagungsabterrorismes lying piston recesses are each connected via at least one compensation channel with the disposed beyond the immediately adjacent control section working chamber, wherein at least a first and second exhaust opening are present, the axially spaced circumferentially open into the oscillation chamber and wherein, moreover, at least one first and second supply air opening are provided, the axially spaced from each other between the two exhaust openings open circumferentially in the oscillation chamber.
  • the position of the Zu poverty- and exhaust air openings and the dimensions and the stroke length of the oscillator piston are coordinated so that in each of the two axial end positions of the oscillator piston, the one exhaust opening covered and shut off by its associated control section and the other exhaust port with its associated working chamber is connected, while at the same time communicates the each closed exhaust port adjacent supply air opening with the shut-off control section adjacent piston recess and the other air inlet opening is covered and shut off by the other control section.
  • a gradual closure of the hitherto open and a gradual opening of the hitherto sealed Zu Kunststoffbuch- or exhaust port instead, with reverse opening and closing behavior when approaching the opposite end position. It can be provided an intermediate transition-movement phase, in which all Zu poverty- and exhaust air openings are covered and shut off by the two control sections.
  • the compensation channels ensure that there is constant pressure equalization at the control sections and that they only act on the oscillator piston in the currently desired direction of movement to produce effective pressure forces.
  • Mainly responsible for the oscillator piston moving force are provided axially on both sides of the loading portion of the oscillator piston surfaces.
  • the two piston recesses are expediently designed in each case in the manner of annular grooves.
  • the equalizing channels can be borehole-like channels which axially pass the control section away from the center line, opening at one end to the associated working chamber and at the other end to the associated piston recess.
  • the compensation channels can also be provided as groove-like circumferential recesses or recesses on the outside of the control section.
  • the oscillator device is used to generate electrical energy, wherein a permanent magnet is coupled to the oscillator piston, there is, inter alia, the possibility of fixing the permanent magnet to a rod which is fixed on the oscillator piston and projects axially out of the oscillation chamber.
  • the coil assembly sits in such a case coaxially following the oscillation chamber.
  • the coil arrangement coaxially surrounds the oscillation chamber, wherein the permanent magnet is arranged directly on the oscillator piston within the oscillation chamber.
  • FIGS. 1 to 4 and on the other in FIG. 5 are designed as examples in such a way that electrical energy can be generated with their help solely through the use of compressed air.
  • FIGS. 1 to 4 and on the other in FIG. 5 are designed as examples in such a way that electrical energy can be generated with their help solely through the use of compressed air.
  • other applications of the oscillator device 1 with corresponding constructive modification are also possible without departing from the inventive concept.
  • the oscillator device 1 has an oscillator housing 2, in which an elongated, preferably a cylindrical cross-section having oscillation chamber 3 is formed.
  • an elongated, preferably a cylindrical cross-section having oscillation chamber 3 is formed.
  • it is a circular cylindrical oscillation chamber 3, although elongated cross-sectional shapes would be possible, for example elliptical type or with straight longitudinal sides and semi-circular narrow sides.
  • the oscillator housing 2 is indicated only schematically. According to FIGS. 1 to 4, it may be composed of several components, in particular a pipe section 5 defining the peripheral peripheral surface 4 of the oscillation chamber 3 and two housing covers 7a, 7b defining the axial end surfaces 6a, 6b of the oscillation chamber 3, the latter being sealed to the pipe section 5 are connected. For connection fastening screws 8 can be used.
  • the end surfaces defining abutment surfaces can also be specified by other fixed to the housing surfaces, for example, with respect to the housing adjustable stop members.
  • the oscillator piston 13 divides in the oscillation chamber 3, two axially outer first and second working chambers 14a, 14b from each other, change their volumes during the oscillatory motion 12 by these alternately in opposite directions become larger and smaller.
  • the oscillator piston 13 has a subdivided into a plurality of fixedly interconnected sections structure. Axially in the middle of the oscillator piston 13 has a biasing portion 15, whose outer periphery is formed complementary to the inner periphery of the oscillation chamber 3 and slidably abuts against the peripheral surface 4.
  • the loading section 15 is adjoined axially on both sides, with the interposition of a respective first and second piston recess 16a, 16b having a certain axial length, a first or second control section 17a, 17b, which also has a control length "a" on the peripheral surface 4 slidably applied.
  • the outer contour of the control sections 17 a, 17 b corresponds to the cross-sectional contour of the oscillation chamber 3.
  • the piston recesses 16a, 16b are expediently designed in the manner of annular grooves which extend along the entire piston circumference, wherein they are open towards the circumferential surface 4.
  • the axial length of Piston recesses 16a, 16b smaller than that of the loading portion 15 and the control portions 17a, 17b. Conveniently, they are slit-like narrow.
  • a first and a second supply air opening 22a, 22b are present, both of which open into the oscillation chamber 3 in the region lying axially between the junctions of the two exhaust air openings 18a, 18b on the circumference.
  • These two supply air openings 22a, 22b are in turn axially spaced from each other, wherein the first supply air opening 22a closer to the first exhaust port 18a and the second supply air port 22b closer to the second exhaust port 18b.
  • the first exhaust air opening 18a is associated with the first axial end surface 6a lying on the left in the drawing, while the second exhaust air opening 18b is located in the vicinity of the second axial end surface 6b lying on the right in the drawing.
  • the distribution of the junctions of the various openings 18a, 18b, 22a, 22b along the circumference of the oscillation chamber 3 is arbitrary in the embodiment in which both the piston recesses 16a, 16b and the control portions 17a, 17b extend along the entire circumference of the piston.
  • the junctions of the exhaust ports 18a, 18b and on the other hand the junctions of the supply air openings 22a, 22b with each other an axially extending line on diametrically opposite sides.
  • the two supply air openings 22a, 22b are constantly connected to a compressed air source "P" during operation of the oscillator device.
  • each supply air opening 22a, 22b communicates with a supply air duct 24 penetrating the housing wall.
  • each channel 22, 23 is provided with a coupling piece 25 in which a fluid line, for example, an elastic hose, releasably fixable under sealing, for example in the context of a plug connection.
  • a fluid line for example, an elastic hose
  • the exhaust ducts 23 may terminate freely on the outer circumference of the oscillator housing 2, without connection possibility for a fluid line, if a direct connection to the immediate atmospheric environment of the oscillator device 1 is desired.
  • the arrangement and distribution of the mouths of the exhaust ports 18a, 18b and inlet openings 22a, 22b and the configuration of the oscillator piston 13 are coordinated so that the oscillator piston 13 forms a valve member with respect to the exhaust ports and air inlets, which in response to its current position certain interconnection between on the one hand the exhaust ports 18a, 18b and supply air openings 22a, 22b and on the other hand causes the two working chambers 14a, 14b.
  • This interconnection manifests itself in that there are opposite pressure differences between the two working chambers 14a, 14b in the two end positions of the oscillator piston 13.
  • this integrated self-controlling function ensures that the oscillator piston 13 performs the oscillatory movement 12 and causes the reversal of its direction of movement itself when reaching the end positions, if only at the two supply air openings 22a, 22b, an overpressure and at the two exhaust ports 18a, 18b a lower in this regard Pressure, preferably atmospheric pressure, is applied.
  • the design in the embodiments is also made such that during the movement of the oscillator piston 13 between its two end positions, a transitional movement phase occurs during which the oscillator piston 13 all Zu Kunststoff- and exhaust ports 18 a, 18 b; 22a; 22b from the oscillation chamber 3 blocks.
  • a transitional movement phase occurs during which the oscillator piston 13 all Zu Kunststoff- and exhaust ports 18 a, 18 b; 22a; 22b from the oscillation chamber 3 blocks.
  • the oscillator piston 13 bears against the first axial end surface 6a, wherein the first exhaust air opening 18a is covered and shut off by the first control section 17a located radially inwards.
  • the first exhaust air opening 18a expediently lies in the vicinity of the first piston recess 16a, which in turn is connected to the first supply air opening 22a by being radially aligned therewith.
  • the second exhaust port 18b is in the first end position on the axial side of the second control portion 17b opposite to the urging portion 15, and is not covered thereby, so that it is connected to the second working chamber 14b.
  • the second supply air opening 22b is simultaneously covered and closed radially inwardly by the second control section 17b. In this case, the second supply air opening 22b is located in the vicinity of the end region of the second control section 17b opposite the loading section 15.
  • the opposite orifices are located on the axially outer end face of the respective control section 17a, 17b.
  • the compensation channels 26a, 26b are formed in the embodiment bore-like. However, it is also possible, for example, a design in the form of axially extending surface depressions on the outer circumference of the associated control section, as indicated by dash-dotted lines in Figure 5 at 26c exemplified.
  • a plurality of compensation channels 26a, 26b distributed around the longitudinal axis 27 are provided per control section 17a, 17b, each of which causes a plurality of parallel fluid connections.
  • the same overpressure prevails in the above-mentioned first end position in the first working chamber 14a as in the first piston recess 16a communicating with the first supply air opening 22a. Accordingly, the same low pressure or atmospheric pressure prevails in the second piston recess 17b as in the second working chamber 14b communicating with the exhaust opening 18b.
  • the first end position prevails in the first working chamber 14a, a much higher pressure than in the second working chamber 14b, so that the force F S1 is greater than the oppositely acting force F S2 and the oscillator piston 13 is in the direction of the second end position in motion. Due to the selected control length "a" of the two control sections 17a, 17b, the first exhaust air opening 18a and the second supply air opening 22b remain closed while the first supply air opening 22a and the second exhaust air opening 18b simultaneously move through the control section 17a moving over it. 17b gradually closed.
  • indications of pressures in the working chambers 14a, 14b are to be understood as indications of the respective volume combination consisting of assigned piston recess and exhaust air openings extending therebetween.
  • the second exhaust air opening 18b and the first supply air opening 22a remain shut off, while the first exhaust air opening 18a communicates with the first working chamber 14a and the second supply air opening 22b with the second piston recess 16b and thus with the second working chamber 14b occurs.
  • the oscillator piston 13 has not yet reached its second end position.
  • the first supply air opening 22a and the second exhaust opening 18b are further blocked by the overlap on the part of the associated control section 17a, 17b, while the second supply air opening 22b communicates with its full cross section with the second piston recess 16b and thus the second working chamber 14b, while at the same time the first exhaust port 18a is connected with its full cross section with the first working chamber 14a.
  • the stopped in the second end position oscillator piston 13 immediately includes the return movement in the first end position shown in Figure 1, the described movements occur again, but now in the opposite direction.
  • one of the working chambers 14b is expediently connected permanently to a compressed air source via a throttle point 32.
  • a throttle point 32 By this preferred designed as a bore with a very small cross-section throttle point to achieve a slight asymmetry in the balance of power, which has the consequence that the oscillator piston is forced to start operation in an end position, from which then start the oscillation movement.
  • the compressed air source used to supply the throttle point 32 suitably agrees with those to which the supply air openings 22a, 22b are connected.
  • the throttle body 32 may be connected in the housing wall to the common channel 24 '.
  • the throttling channel 32 'assigned to the throttle position 32 may be separate from the outer surface the oscillator housing, where a further coupling piece 25 'may be provided, via which a fluid line leading to the compressed air source can be releasably connected.
  • the oscillator piston 13 is expediently arranged without a seal in the oscillation chamber 3 in a sliding manner. Exact processing guarantees the valve function required for operation even without elastomeric sealants by shutting off and releasing the supply air and exhaust air openings.
  • the oscillator piston 13 is used as a drive member for a movement tap. More precisely, the oscillator piston 13 serves to generate an oscillating stroke movement 33 of a permanent magnet 34, indicated by a double arrow, relative to a coil arrangement 35 fixed with respect to the oscillator housing 2.
  • the already mentioned rod 28 acts as a support for the at least one permanent magnet 34.
  • the preferably integrally formed with the oscillator piston 13 rod 28 passes through a working chamber 14b and this final lid 7b in an axially movable manner and is outside of the oscillation chamber 3 equipped with the permanent magnet 34.
  • the coil arrangement 35 is arranged coaxially to the longitudinal axis 27 of the oscillator piston 13 and attached to the oscillator housing 2 via a holder 36.
  • the permanent magnet 34 moves continuously in opposite directions through the coil assembly 35, in which thus an electrical voltage is induced, which can be tapped for the operation of electrical and / or electronic means.
  • the coil assembly 35 is disposed in coaxial extension of the oscillation chamber 3 outside the same, the coil assembly 35 is in the embodiment of Figure 5 in a the oscillation chamber 3 coaxially enclosing constellation.
  • the responsible for the magnetic induction at least one permanent magnet 34 is seated in this case directly on the oscillator piston 13 within the oscillation chamber 3, so that a lead out of the oscillator piston 13 motion-coupled actuators from the oscillation chamber 3 is unnecessary.
  • a lead out of the oscillator piston 13 motion-coupled actuators from the oscillation chamber 3 is unnecessary.
  • a modification of the design according to FIGS. 1 to 4 can be made instead of the rodless embodiment shown in FIG opposite axial side a rod 28 'of the same cross-section through the local housing cover 7a leads out, which is also connected to the oscillator piston 13. If required, a movement tap may also be effected on this further rod 28 ', for example in order to drive a further permanent magnet co-operating with a second coil arrangement.

Abstract

Es wird eine pneumatische Oszillatorvorrichtung (1) vorgeschlagen, bei der in einer Oszillationskammer (3) eines Oszillatorgehäuses (2) ein Oszillatorkolben (13) linear hin und her verschiebbar angeordnet ist. Umfangsseitig in die Oszillationskammer (3) münden ständig an eine Druckluftquelle angeschlossene Zuluftöffnungen (22a, 22b) und ständig an eine Drucksenke angeschlossene Ablüftöffnungen (18a, 18b). Bezüglich diesen Öffnungen fungiert der Oszillatorkolben (13) als Ventilglied, indem er sie positionsabhängig so mit stirnseitigen Arbeitskammern (14a, 14b) verschaltet, dass in den beiden Endlagen einander entgegengesetzte Druckdifferenzen zwischen den Arbeitskammern (14a, 14b) vorliegen.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine pneumatische Oszillatorvorrichtung, mit einem Oszillatorgehäuse, in dem sich eine Oszillationskammer befindet, in der ein Oszillatorkolben linear hin und her verschiebbar angeordnet ist, der die Oszillationskammer axial in zwei Arbeitskammern unterteilt, die abwechselnd gegensinnig mit Druckluft beaufschlagbar und entlüftbar sind, um eine Oszillationsbewegung des Oszillatorkolbens zwischen zwei Endlagen hervorzurufen.
  • Bei einer aus der EP 0 638 145 B1 bekannten hydrofluidischen Oszillatorvorrichtung wird ein Ventilschieber durch abwechselnde Beaufschlagung und Entlastung zweier außenliegender Arbeitskammern zu einer oszillierenden Bewegung veranlasst, um zwei Ausgänge alternierend mit einem Fluid zu versorgen bzw. zu entlasten. Für die fluidische Ansteuerung der Arbeitskammern ist eine zusätzliche Ventileinrichtung vorgesehen, in der sich interne Fluidströme derart gegenseitig beeinflussen, dass die angeschlossenen Arbeitskammern abwechselnd mit Druck beaufschlagt und entlüftet werden. Der dafür notwendige steuerungstechnische und bauliche Aufwand ist relativ groß.
  • Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine pneumatische Oszillatorvorrichtung zu schaffen, die über einfacher und kostengünstiger realisierbare Ansteuerungsmaßnahmen verfügt.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe ist vorgesehen, dass in die Oszillationskammer umfangsseitig während des Betriebs ständig an eine Druckluftquelle angeschlossene Zuluftöffnungen und ständig an eine Drucksenke angeschlossene Abluftöffnungen einmünden, bezüglich denen der Oszillatorkolben derart als Ventilglied fungiert, dass er sie positionsabhängig so mit den Arbeitskammern verschaltet, dass in den beiden Endlagen einander entgegengesetzte Druckdifferenzen zwischen den Arbeitskammern vorliegen.
  • Während beim Stand der Technik für die Ansteuerung des Oszillatorkolbens eine gesonderte Ventileinrichtung notwendig ist, findet bei der erfindungsgemäßen Ausgestaltung eine Selbststeuerung der Oszillationsbewegung statt, wobei der Oszillatorkolben unmittelbar selbst als Ventilglied fungiert, das in Abhängigkeit von seiner aktuellen Linearposition die Druckbeaufschlagung und Entlüftung der von ihm abgeteilten Arbeitskammern in einer Weise hervorruft, dass sich abwechselnd die für die hin und her Bewegung notwendigen Druckdifferenzen einstellen. Um die Oszillationsbewegung hervorzurufen bedarf es lediglich eines Anschlusses an eine Druckluftquelle und eine beispielsweise von der Atmosphäre gebildete Drucksenke. Zusätzliche Komponenten wie Steuerventile oder separate Umsteuerelemente werden nicht benötigt, da die gesamte Umsteuerfunktionalität direkt vom Oszillatorkolben selbst realisiert wird. Der steuerungstechnische Aufbau ist somit relativ einfach und gewährleistet einen störungsunanfälligen Betrieb bei zugleich kostengünstigem und kompaktem Aufbau.
  • Die oszillierende Bewegung des Oszillatorkolbens kann für vielfältige Anwendungszwecke abgegriffen werden. Bei einem derzeit als besonders vorteilhaft angesehenen Einsatzfall dient die Oszillatorvorrichtung zur Erzeugung elektrischer Energie, wobei mit dem Oszillatorkolben mindestens ein Permanentmagnet bewegungsgekoppelt ist, der folglich die Oszillationsbewegung mitmacht und der so angeordnet ist, dass er sich relativ zu einer bezüglich dem Oszillatorgehäuse ortsfesten Spulenanordnung bewegt, so dass darin eine elektrische Spannung induziert wird, die sich als elektrische Energie für beliebige Zwecke abgreifen lässt. Beispielsweise kann auf diese Weise an nicht mit elektrischer Energie versorgten Örtlichkeiten durch alleinigen Einsatz von Druckluft elektrische Energie erzeugt werden, die beispielsweise für den Betrieb einer elektronischen Steuerung benötigt wird.
  • Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.
  • Um einen relativ großen Hub des Oszillatorkolbens zu gewährleisten, durchläuft der Oszillatorkolben bei seiner Hin- und Herbewegung zweckmäßigerweise jeweils eine Übergangs-Bewegungsphase, bei der er sämtliche Zuluft- und Abluftöffnungen absperrt. Durch die während dieser Übergangs-Bewegungsphase weiterhin vorhandene Druckdifferenz zwischen den in den Arbeitskammern eingeschlossenen Volumina ist eine sichere Weiterbewegung gewährleistet, ohne dass Druckluft bezüglich den Arbeitskammern zugeführt und abgeführt wird. Soll eine sehr hochfrequente Oszillatonsbewegung erzeugt werden, die eines nur geringen Hubes bedarf, kann auf die vorgenannte Übergangs-Bewegungsphase auch verzichtet werden. Es kann sich dann insbesondere das allmähliche stetige Schließen der einen Öffnungen mit dem allmählichen, stetigen Öffnen der anderen Öffnungen überlagern, und umgekehrt.
  • Eine besonders hochfrequente Oszillationsbewegung wird auch dadurch gegünstigt, dass der Oszillatorkolben dichtungslos verschiebbar in der Oszillationskammer angeordnet ist. Der Reibwert kann auf diese Weise auf ein Minimum reduziert werden. Durch ein aufeinander Abstimmen der Werkstoffpaarung zwischen einerseits dem die Oszillationskammer definierenden Oszillatorgehäuse und andererseits dem Oszillatorkolben lässt sich eine extrem verschleißunanfällige Betriebsweise gewährleisten.
  • Um sicher zu stellen, dass der Oszillatorkolben zu Beginn seines Betriebes eine der die Oszillationsbewegung auslösenden Endlagen einnimmt, kann eine der Arbeitskammern über eine Drosselstelle ständig mit einer Druckluftquelle verbunden sein, was druckmäßig für eine leichte Asymmetrie sorgt, die eine Vorzugsstellung des Oszillatorkolbens zur Folge hat. Im regulären Betrieb verursacht diese Druckbeaufschlagung aufgrund der sehr geringen Durchflussrate keine relevanten Beeinträchtigungen. Alternativ wäre es auch möglich, Maßnahmen vorzusehen, die eine mechanische Verlagerung des Oszillatorkolbens in eine Endstellung ermöglichen, beispielsweise ein aus dem Oszillatorgehäuse herausragender Betätigungsstößel.
  • Als besonders vorteilhaft wird ein Aufbau der Oszillatorvorrichtung angesehen, bei dem der Oszillatorkolben zwei axial zueinander beabstandete, jeweils eine axiale Steuerlänge aufweisende Steuerabschnitte aufweist, zwischen denen ein durch mindestens eine umfangsseitige Kolbenvertiefung des Oszillatorkolbens von jedem Steuerabschnitt axial abgesetzter Beaufschlagungsabschnitt angeordnet ist, wobei die beidseits des Beaufschlagungsabschnittes liegenden Kolbenvertiefungen jeweils über mindestens einen Ausgleichskanal mit der jenseits des unmittelbar benachbarten Steuerabschnittes angeordneten Arbeitskammer verbunden sind, wobei mindestens eine erste und zweite Abluftöffnung vorhanden sind, die axial beabstandet zueinander umfangsseitig in die Oszillationskammer einmünden und wobei außerdem mindestens eine erste und zweite Zuluftöffnung vorhanden sind, die axial beabstandet zueinander zwischen den beiden Abluftöffnungen umfangsseitig in die Oszillationskammer einmünden. Die Position der Zuluft- und Abluftöffnungen und die Abmessungen sowie die Hublänge des Oszillatorkolbens sind so aufeinander abgestimmt, dass in den beiden axialen Endlagen des Oszillatorkolbens jeweils die eine Abluftöffnung durch den ihr zugeordneten Steuerabschnitt überdeckt und abgesperrt und die jeweils andere Abluftöffnung mit der ihr zugeordneten Arbeitskammer verbunden ist, während gleichzeitig die der jeweils abgesperrten Abluftöffnung benachbarte Zuluftöffnung mit der dem absperrenden Steuerabschnitt benachbarten Kolbenvertiefung kommuniziert und die andere Zuluftöffnung durch den anderen Steuerabschnitt überdeckt und abgesperrt ist. Ausgehend von jeder Endlage findet bei der sich anschließenden Bewegung ein allmähliches Verschließen der bis dahin offenen und ein allmähliches Öffnen der bis dahin verschlossenen Zuluft- bzw. Abluftöffnung statt, mit umgekehrtem Öffnungs- und Schließverhalten bei Annäherung an die entgegengesetzte Endlage. Es kann dabei eine dazwischenliegende Übergangs-Bewegungsphase vorgesehen werden, in der sämtliche Zuluft- und Abluftöffnungen durch die beiden Steuerabschnitte überdeckt und abgesperrt sind.
  • Durch die Ausgleichskanäle wird gewährleistet, dass an den Steuerabschnitten ein ständiger Druckausgleich vorliegt und am Oszillatorkolben nur in der momentan gewünschten Bewegungsrichtung wirksame resultierende Druckkräfte angreifen. Hauptsächlich verantwortlich für die den Oszillatorkolben bewegende Stellkraft sind die axial beidseits am Beaufschlagungsabschnitt des Oszillatorkolbens vorgesehenen Flächen.
  • Die beiden Kolbenvertiefungen sind zweckmäßigerweise jeweils nach Art von Ringnuten ausgebildet.
  • Bei den Ausgleichskanälen kann es sich um bohrungsartige Kanäle handeln, die den Steuerabschnitt mit Abstand zur Mittellinie axial durchsetzen, wobei sie einenends zur zugeordneten Arbeitskammer und andernends zur zugeordneten Kolbenvertiefung ausmünden. Alternativ oder zusätzlich können die Ausgleichskanäle auch als nutartige Umfangsvertiefungen bzw. Aussparungen außen am Steuerabschnitt vorgesehen werden.
  • Bei Bedarf kann pro Steuerabschnitt auch nur ein einziger Ausgleichskanal realisiert werden
  • Wird die Oszillatorvorrichtung zur Erzeugung elektrischer Energie eingesetzt, wobei ein Permanentmagnet mit dem Oszillatorkolben bewegungsgekoppelt ist, besteht unter anderem die Möglichkeit, den Permanentmagnet an einer Stange zu fixieren, die am Oszillatorkolben fixiert ist und axial aus der Oszillationskammer herausragt. Die Spulenanordnung sitzt in einem solchen Falle koaxial im Anschluss an die Oszillationskammer.
  • Alternativ kann zur Realisierung besonders kompakter Längenabmessungen auch vorgesehen sein, dass die Spulenanordnung die Oszillationskammer koaxial umschließt, wobei der Permanentmagnet unmittelbar am Oszillatorkolben innerhalb der Oszillationskammer angeordnet ist.
  • Bei der Erzeugung elektrischer Energie können beispielsweise die in der DE 196 36 207 C2 beschriebenen physikalischen Prinzipien zur Anwendung gelangen.
  • Nachfolgend wird die Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigen:
    • Figur 1
    einen Längsschnitt durch eine bevorzugte Bauform der erfindungsgemäßen Oszillatorvorrichtung, wobei sich der Oszillatorkolben in einer ersten seiner beiden Endlagen befindet,
    Figur 2
    die Oszillatorvorrichtung aus Figur 1 im Zustand des aus der ersten Endlage herausbewegten Oszillatorkolbens bei momentanem Durchlaufen der Übergangs-Bewegungsphase,
    Figur 3
    die Oszillatorvorrichtung aus Figur 1 in einer Stellung des Oszillatorkolbens, in der dieser die Übergangs-Bewegungsphase hinter sich gebracht hat und kurz vor dem Erreichen der zweiten Endlage steht,
    Figur 4
    die Oszillatorvorrichtung aus Figur 1 im Zustand des in der zweiten Endlage angelangten Oszillatorkolbens, und
    Figur 5
    einen Ausschnitt einer weiteren Ausführungsform der Oszillatorvorrichtung im Längsschnitt und bei sich in der Übergangs-Bewegungsphase befindendem Oszillatorkolben.
  • Die beiden zum einen in Figuren 1 bis 4 und zum anderen in Figur 5 gezeigten Ausführungsbeispiele einer pneumatischen Oszillatorvorrichtung 1 sind exemplarisch derart konstruktiv ausgebildet, dass sich mit ihrer Hilfe allein durch den Einsatz von Druckluft elektrische Energie erzeugen lässt. Andere Anwendungsfälle der Oszillatorvorrichtung 1 mit entsprechender konstruktiver Modifikation sind allerdings ebenfalls möglich, ohne das erfinderische Konzept zu verlassen.
  • Die Oszillatorvorrichtung 1 verfügt über ein Oszillatorgehäuse 2, in dem eine längliche, bevorzugt einen zylindrischen Querschnitt aufweisende Oszillationskammer 3 ausgebildet ist. Bevorzugt handelt es sich um eine kreiszylindrische Oszillationskammer 3, wenngleich auch längliche Querschnittsformen möglich wären, beispielsweise elliptischer Art oder mit geradlinigen Längsseiten und halbkreisförmigen Schmalseiten.
  • In Figur 5 ist das Oszillatorgehäuse 2 nur schematisch angedeutet. Gemäß Figuren 1 bis 4 kann es sich aus mehreren Komponenten zusammensetzen, insbesondere einem die periphere Umfangsfläche 4 der Oszillationskammer 3 definierenden Rohrabschnitt 5 und zwei die axialen Abschlussflächen 6a, 6b der Oszillationskammer 3 definierenden Gehäusedeckeln 7a, 7b, wobei letztere unter Abdichtung fest mit dem Rohrabschnitt 5 verbunden sind. Zur Verbindung können Befestigungsschrauben 8 eingesetzt werden.
  • In der Oszillationskammer 3 befindet sich ein im Betrieb eine in Längsrichtung der Oszillationskammer 3 linear hin und her gehende Oszillationsbewegung 12 ausführender Oszillatorkolben 13. Er ist kürzer als die Oszillationskammer 3 und kann zwei einander entgegengesetzte axiale Endlagen einnehmen, wobei er zweckmäßigerweise in der ersten Endlage gemäß Figur 1 an der links liegenden ersten axialen Abschlussfläche 6a anliegt, während er in der zweiten Endlage gemäß Figur 4 an der rechts liegenden zweiten axialen Abschlussfläche 6b zur Anlage gelangt ist. Die die Endlagen definierenden Anschlagflächen können auch durch andere gehäusefeste Flächen vorgegeben werden, beispielsweise an bezüglich dem Gehäuse verstellbaren Anschlaggliedern.
  • Die Definition der Endlagen durch gehäusefeste Anschlagflächen begünstigt ein konstantes Oszillationsverhalten und einen konstanten Hub des Oszillatorkolbens 13. Allerdings sind solche mechanischen Anschlagflächen nicht zwingend, weil auch ohne sie durch die sich einstellenden Druckverhältnisse eine automatische Umsteuerung der Bewegungsrichtung stattfindet. Auf diese Weise kann der Oszillatorkolben die Endlagen seiner Oszillationsbewegung erreichen und umgesteuert werden, bevor er an einer gehäusefesten Fläche zur Anlage gelangt.
  • Der Oszillatorkolben 13 teilt in der Oszillationskammer 3 zwei axial außenliegende erste bzw. zweite Arbeitskammern 14a, 14b voneinander ab, die bei der Oszillationsbewegung 12 ihre Volumina ändern, indem diese abwechselnd gegensinnig größer und kleiner werden.
  • Bevorzugt hat der Oszillatorkolben 13 einen in mehrere fest miteinander verbundene Abschnitte unterteilten Aufbau. Axial mittig besitzt der Oszillatorkolben 13 einen Beaufschlagungsabschnitt 15, dessen Außenumfang komplementär zum Innenumfang der Oszillationskammer 3 ausgebildet ist und der verschiebbar an der Umfangsfläche 4 anliegt.
  • An den Beaufschlagungsabschnitt 15 schließt sich axial beidseits, unter Zwischenschaltung jeweils einer eine gewisse axiale Länge aufweisenden ersten bzw. zweiten Kolbenvertiefung 16a, 16b, ein erster bzw. zweiter Steuerabschnitt 17a, 17b an, der mit einer Steuerlänge "a" ebenfalls an der Umfangsfläche 4 gleitverschieblich anliegt. Die Außenkontur der Steuerabschnitte 17a, 17b entspricht der Querschnittskontur der Oszillationskammer 3.
  • Die Kolbenvertiefungen 16a, 16b sind zweckmäßigerweise nach Art von Ringnuten ausgebildet, die sich entlang des gesamten Kolbenumfanges erstrecken, wobei sie zur Umfangsfläche 4 hin offen sind. Beim Ausführungsbeispiel ist die axiale Länge der Kolbenvertiefungen 16a, 16b kleiner als diejenige des Beaufschlagungsabschnittes 15 und der Steuerabschnitte 17a, 17b. Zweckmäßigerweise sind sie schlitzartig schmal ausgebildet.
  • An der Umfangsfläche 4 münden mit axialem Abstand zwei Abluftöffnungen ein, die als erste und zweite Abluftöffnung 18a, 18b bezeichnet seien und die im Betrieb der Oszillatorvorrichtung 1 ständig mit einer Drucksenke "R" verbunden sind. Bei dieser Drucksenke "R" handelt es sich insbesondere um die Atmosphäre in der unmittelbaren oder weiteren Umgebung der Oszillatorvorrichtung 1.
  • Des weiteren sind eine erste und eine zweite Zuluftöffnung 22a, 22b vorhanden, die beide in den axial zwischen den Einmündungen der beiden Abluftöffnungen 18a, 18b liegenden Bereich umfangsseitig in die Oszillationskammer 3 einmünden. Diese beiden Zuluftöffnungen 22a, 22b sind ihrerseits axial zueinander beabstandet, wobei die erste Zuluftöffnung 22a näher bei der ersten Abluftöffnung 18a und die zweite Zuluftöffnung 22b näher bei der zweiten Abluftöffnung 18b liegt. Die erste Abluftöffnung 18a ist der in der Zeichnung links liegenden ersten axialen Abschlussfläche 6a zugeordnet, während die zweite Abluftöffnung 18b in der Nähe der in der Zeichnung rechts liegenden zweiten axialen Abschlussfläche 6b liegt.
  • Die Verteilung der Einmündungen der verschiedenen Öffnungen 18a, 18b, 22a, 22b entlang des Umfanges der Oszillationskammer 3 ist beim Ausführungsbeispiel, bei dem sowohl die Kolbenvertiefungen 16a, 16b als auch die Steuerabschnitte 17a, 17b sich jeweils entlang des gesamten Kolbenumfanges erstrecken, beliebig. Beim Ausführungsbeispiel liegen zum einen die Einmündungen der Abluftöffnungen 18a, 18b und zum anderen die Einmündungen der Zuluftöffnungen 22a, 22b untereinander auf einer sich axial erstreckenden Linie auf einander diametral gegenüberliegenden Seiten.
  • Die beiden Zuluftöffnungen 22a, 22b sind im Betrieb der Oszillatorvorrichtung ständig an eine Druckluftquelle "P" angeschlossen.
  • Von den beiden Abluftöffnungen 18a, 18b geht jeweils ein Abluftkanal 23 ab, der die Wandung des Oszillatorgehäuses 2 durchsetzt und über den die Verbindung zur Drucksenke "R" hergestellt wird. In vergleichbarer Weise kommuniziert jede Zuluftöffnung 22a, 22b mit einem die Gehäusewandung durchsetzenden Zuluftkanal 24.
  • Die Kanäle 23, 24 sind zweckmäßigerweise so ausgebildet, dass sich an ihnen, bevorzugt lösbar, Fluidleitungen anschließen lassen, die die Verbindung zur Druckluftquelle "P" bzw. Drucksenke "R" herstellen. Bei dem Ausführungsbeispiel der Figuren 1 bis 4 ist der äußere Mündungsbereich jedes Kanals 22, 23 mit einem Kupplungsstück 25 ausgestattet, in dem sich eine Fluidleitung beispielsweise ein elastischer Schlauch, lösbar unter Abdichtung fixieren lässt, beispielsweise im Rahmen einer Steckverbindung.
  • Die Abluftkanäle 23 können am Außenumfang des Oszillatorgehäuses 2 frei enden, ohne Anschlussmöglichkeit für eine Fluidleitung, wenn eine direkte Verbindung zur unmittelbaren atmosphärischen Umgebung der Oszillatorvorrichtung 1 gewünscht ist.
  • Bei dem Ausführungsbeispiel der Figuren 1 bis 4 sind alle vorhandenen Abluft- und Zuluftkanäle 23, 24 getrennt voreinander zur Außenseite des Oszillatorgehäuses 2 geführt, um separate Verbindungen zur Druckluftquelle "P" und Drucksenke "R" herzustellen. Aus Figur 5 wird jedoch deutlich, dass die gleichartigen Kanäle innerhalb der Gehäusewandung des Oszillatorgehäuses 2 auch zusammengeführt werden können, um über einen sich daran anschließenden gemeinsamen Anschlusskanal 23' bzw. 24' zur Außenfläche des Oszillatorgehäuses 2 geführt zu werden und dort einen gemeinsamen Anschluss zu ermöglichen.
  • Die Anordnung und Verteilung der Mündungen der Abluftöffnungen 18a, 18b und Zuluftöffnungen 22a, 22b sowie die Ausgestaltung des Oszillatorkolbens 13 sind so aufeinander abgestimmt, dass der Oszillatorkolben 13 in Bezug auf die Abluftöffnungen und Zuluftöffnungen ein Ventilglied bildet, das in Abhängigkeit von seiner momentanen Position eine bestimmte Verschaltung zwischen einerseits den Abluftöffnungen 18a, 18b und Zuluftöffnungen 22a, 22b und andererseits den beiden Arbeitskammern 14a, 14b hervorruft. Diese Verschaltung äußert sich darin, dass in den beiden Endlagen des Oszillatorkolbens 13 zwischen den beiden Arbeitskammern 14a, 14b einander entgegengesetzte Druckdifferenzen vorliegen.
  • Durch diese integrierte selbststeuernde Funktion wird erreicht, dass der Oszillatorkolben 13 die Oszillationsbewegung 12 ausführt und bei Erreichen der Endlagen selbst die Umsteuerung seiner Bewegungsrichtung hervorruft, wenn nur an den beiden Zuluftöffnungen 22a, 22b ein Überdruck und an den beiden Abluftöffnungen 18a, 18b ein diesbezüglich niedrigerer Druck, bevorzugt atmosphärischer Druck, anliegt.
  • Die Auslegung bei den Ausführungsbeispielen ist außerdem so getroffen, dass bei der Bewegung des Oszillatorkolbens 13 zwischen seinen beiden Endlagen eine Übergangs-Bewegungsphase auftritt, während der der Oszillatorkolben 13 sämtliche Zuluft- und Abluftöffnungen 18a, 18b; 22a; 22b von der Oszillationskammer 3 absperrt. Dadurch wird ein bei Bedarf relativ großer Oszillationshub begünstigt.
  • In der aus Figur 1 ersichtlichen ersten Endlage liegt der Oszillatorkolben 13 an der ersten axialen Abschlussfläche 6a an, wobei die erste Abluftöffnung 18a durch den radial innen gegenüberliegenden ersten Steuerabschnitt 17a überdeckt und abgesperrt ist. Die erste Abluftöffnung 18a liegt dabei zweckmäßigerweise in der Nähe der ersten Kolbenvertiefung 16a, die ihrerseits mit der ersten Zuluftöffnung 22a verbunden ist, indem sie mit dieser radial fluchtet.
  • Die zweite Abluftöffnung 18b liegt in der ersten Endlage auf der dem Beaufschlagungsabschnitt 15 entgegengesetzten Axialseite des zweiten Steuerabschnittes 17b und wird von diesem nicht überdeckt, so dass sie mit der zweiten Arbeitskammer 14b verbunden ist. Die zweite Zuluftöffnung 22b wird gleichzeitig vom zweiten Steuerabschnitt 17b radial innen überdeckt und verschlossen. Dabei liegt die zweite Zuluftöffnung 22b in der Nähe des dem Beaufschlagungsabschnitt 15 entgegengesetzten Endbereiches des zweiten Steuerabschnittes 17b.
  • Aufgrund eines oder mehrerer Ausgleichskanäle 26a, 26b, die den Oszillatorkolben 13 durchsetzen, wird erreicht, dass zwischen einer jeweiligen Kolbenvertiefung 16a, 16b und der auf der gleichen Seite des Beaufschlagungsabschnittes 15 liegenden Arbeitskammer 14a, 14b stets gleiche Druckverhältnisse herrschen. Bevorzugt ist der erste Steuerabschnitt 17a von mehreren ersten Ausgleichskanälen 26a und der zweite Steuerabschnitt 17b von mehreren zweiten Ausgleichskanälen 26b axial durchsetzt, wobei der radiale Abstand der Ausgleichskanäle 26a, 26b von der Längsachse 27 des Oszillatorkolbens 13 so gewählt ist, dass ihre dem Beaufschlagungsabschnitt 15 zugewandten Mündungen mit wenigstens einem Teil ihres Querschnittes auf die zugeordnete Kolbenvertiefung 16a, 16b treffen. Die entgegengesetzten Mündungen befinden sich an der axial äußeren Stirnfläche des jeweiligen Steuerabschnittes 17a, 17b.
  • Die Ausgleichskanäle 26a, 26b sind beim Ausführungsbeispiel bohrungsartig ausgebildet. Möglich ist jedoch beispielsweise auch eine Gestaltung in Form sich axial erstreckender Oberflächenvertiefungen am Außenumfang des zugehörigen Steuerabschnittes, wie dies in Figur 5 bei 26c strichpunktiert exemplarisch angedeutet ist.
  • Um bei Änderungen in den Druckverhältnissen einen raschen Druckausgleich über die Ausgleichskanäle 26a, 26b zu erzielen, sind beim Ausführungsbeispiel pro Steuerabschnitt 17a, 17b mehrere um die Längsachse 27 herum verteilte Ausgleichskanäle 26a, bzw. 26b vorgesehen, die jeweils eine Mehrzahl parallel geschalteter Fluidverbindungen hervorrufen.
  • Bedingt durch die verschiedenen Ausgleichskanäle 26a, 26b wird erreicht, dass in der oben erwähnten ersten Endlage in der ersten Arbeitskammer 14a der gleiche Überdruck herrscht, wie in der mit der ersten Zuluftöffnung 22a kommunizierenden ersten Kolbenvertiefung 16a. Entsprechend herrscht in der zweiten Kolbenvertiefung 17b der gleiche niedrige Druck bzw. atmosphärische Druck wie in der mit der Abluftöffnung 18b kommunizierenden zweiten Arbeitskammer 14b.
  • Durch die Ausgleichskanäle 26a, 26b wird im übrigen auch erreicht, dass aus dem in der jeweils zugeordneten Arbeitskammer herrschenden momentanen Druck nur fluidische Stellkräfte resultieren, die axial in Richtung zur jeweils anderen Arbeitskammer gerichtet sind. In Figuren 1 und 2 sind in diesem Zusammenhang durch dickere Linien diejenigen Flächen auf der der ersten Arbeitskammer 14a zugeordneten Seite des Beaufschlagungsabschnittes 15 angedeutet, die für die Stellkraft FS1 verantwortlich sind, mit der der Oszillatorkolben 13 in Richtung der zweiten Endlage beaufschlagt wird.
  • In entsprechender Weise wirkt durch den in der zweiten Arbeitskammer 14b herrschenden Druck eine entgegengesetzt gerichtete Stellkraft FS2, wobei im Falle der Figuren 1 bis 4 die zur Stellkraft FS2, gehörende Beaufschlagungsfläche geringer ist, weil an dieser Axialseite eine die zweite Arbeitskammer 14b durchsetzende Stange 28 wegragt.
  • In der ersten Endlage herrscht in der ersten Arbeitskammer 14a ein wesentlich höherer Druck als in der zweiten Arbeitskammer 14b, so dass die Stellkraft FS1 größer ist als die entgegengesetzt wirkende Stellkraft FS2 und der Oszillatorkolben 13 sich in Richtung der zweiten Endlage in Bewegung setzt. Bedingt durch die gewählte Steuerlänge "a" der beiden Steuerabschnitte 17a, 17b bleiben dabei zunächst die erste Abluftöffnung 18a und die zweite Zuluftöffnung 22b weiterhin verschlossen, während gleichzeitig die erste Zuluftöffnung 22a und die zweite Abluftöffnung 18b durch den sich darüber hinweg bewegenden Steuerabschnitt 17a bzw. 17b allmählich verschlossen werden.
  • Bei weitergehender Bewegung sind schließlich gemäß Figur 2 sämtliche Zuluft- und Abluftöffnungen durch die Steuerabschnitte 17a, 17b verschlossen. Da jedoch in der ersten Arbeitskammer 14a ein höherer Druck eingeschlossen ist als in der zweiten Arbeitskammer 14b, bewegt sich der Oszillatorkolben 13 unter Zurücklegung der schon erwähnten vorteilhaften Übergangs-Bewegungsphase trotzdem weiter.
  • An dieser Stelle sei angemerkt, dass Hinweise auf Drücke in den Arbeitskammern 14a, 14b als Hinweise auf den jeweiligen Volumenverbund bestehend aus zugeordneter Kolbenvertiefung und dazwischen verlaufenden Abluftöffnungen zu verstehen sind.
  • Nach Beendigung der Übergangs-Bewegungsphase bleiben gemäß Figur 3 die zweite Abluftöffnung 18b und die erste Zuluftöffnung 22a weiterhin abgesperrt, während die erste Abluftöffnung 18a mit der ersten Arbeitskammer 14a und die zweite Zuluftöffnung 22b mit der zweiten Kolbenvertiefung 16b und mithin der zweiten Arbeitskammer 14b in Verbindung tritt. Der Oszillatorkolben 13 hat dabei seine zweite Endlage noch nicht erreicht.
  • In dieser Phase findet eine Umkehr der auf den Oszillatorkolben 13 einwirkenden resultierenden Stellkraft statt, indem nun die Stellkraft FS2 größer ist als die ursprünglich größere Stellkraft FS1. Aufgrund der Massenträgheit bewegt sich der Oszillatorkolben 13 dennoch weiter, bis er zur Definition der aus Figur 4 hervorgehenden zweiten Endlage an der zweiten axialen Abschlussfläche 6b zur Anlage gelangt.
  • In dieser zweiten Endlage sind die erste Zuluftöffnung 22a und die zweite Abluftöffnung 18b weiterhin durch die Überdeckung seitens des zugeordneten Steuerabschnittes 17a, 17b abgesperrt, während gleichzeitig die zweite Zuluftöffnung 22b mit ihrem vollen Querschnitt mit der zweiten Kolbenvertiefung 16b und somit der zweiten Arbeitskammer 14b kommuniziert, während gleichzeitig die erste Abluftöffnung 18a mit ihrem vollen Querschnitt mit der ersten Arbeitskammer 14a verbunden ist.
  • Somit ergeben sich im Vergleich zur ersten Endlage im wesentlichen umgekehrte Kräfteverhältnisse, wobei sich lediglich aufgrund der Stange 28 eine minimal geringere resultierende Stellkraft ergibt, die sich aber auf das Bewegungsverhalten insgesamt nicht negativ auswirkt.
  • Der in der zweiten Endlage gestoppte Oszillatorkolben 13 schließt unverzüglich die Rückbewegung in die erste Endlage gemäß Figur 1 an, wobei die geschilderten Bewegungsabläufe erneut auftreten, nun aber in entgegengesetzter Richtung.
  • Diese oszillierende Bewegung setzt sich ununterbrochen so lange fort, bis an den Zuluftöffnungen und Abluftöffnungen ein gleich hoher Druck angelegt wird, was zweckmäßigerweise dadurch geschieht, dass man die Druckluftquelle von den beiden Zuluftöffnungen 22a, 22b abtrennt.
  • Um zu verhindern, dass der Oszillatorkolben beim ersten Loslaufen in einer Mittelstellung verharrt, ist eine der Arbeitskammern 14b zweckmäßigerweise ständig über eine Drosselstelle 32 mit einer Druckluftquelle verbunden. Durch diese bevorzugt als Bohrung mit sehr kleinem Querschnitt ausgebildete Drosselstelle erreicht man eine leichte Asymmetrie bei den Kräfteverhältnissen, die zur Folge hat, dass der Oszillatorkolben am Betriebsbeginn in eine Endstellung gezwungen wird, von der aus dann die Oszillationsbewegung starten kann.
  • Die zur Versorgung der Drosselstelle 32 verwendete Druckluftquelle stimmt zweckmäßigerweise mit derjenigen überein, an die die Zuluftöffnungen 22a, 22b angeschlossen sind. Gemäß Figur 5 kann die Drosselstelle 32 in der Gehäusewandung an den gemeinsamen Kanal 24' angeschlossen sein. Gemäß Figuren 1 bis 4 besteht allerdings auch die Möglichkeit, den der Drosselstellung 32 zugeordneten Drosselkanal 32' separat zur Außenfläche des Oszillatorgehäuses zu führen, wo ein weiteres Kupplungsstück 25' vorgesehen sein kann, über das eine zur Druckluftquelle führende Fluidleitung lösbar angeschlossen werden kann.
  • Um sehr hohe Oszillationsfrequenzen zu erzielen, ist der Oszillatorkolben 13 zweckmäßigerweise dichtungslos gleitend in der Oszillationskammer 3 angeordnet. Durch exakte Bearbeitung kann auch ohne elastomere Dichtungsmittel die für den Betrieb notwendige Ventilfunktion mit Absperren und Freigeben der Zuluft- und Abluftöffnungen garantiert werden.
  • Es hat sich gezeigt, dass im Betrieb der Oszillatorvorrichtung ohne weiteres eine Oszillationsfrequenz von 180 Hertz erreichbar ist.
  • Bei den gezeigten Ausführungsbeispielen wird der Oszillatorkolben 13 als Antriebsglied für einen Bewegungsabgriff herangezogen. Genauer gesagt dient der Oszillatorkolben 13 der Erzeugung einer durch einen Doppelpfeil angedeuteten oszillierenden Hubbewegung 33 eines Permanentmagneten 34 relativ zu einer bezüglich dem Oszillatorgehäuse 2 ortsfesten Spulenanordnung 35.
  • Bei dem Ausführungsbeispiel der Figuren 1 bis 4 fungiert die schon erwähnte Stange 28 als Träger für den mindestens einen Permanentmagnet 34. Die bevorzugt einstückig mit dem Oszillatorkolben 13 ausgebildete Stange 28 durchsetzt die eine Arbeitskammer 14b und den diese abschließenden Deckel 7b in axial beweglicher Weise und ist außerhalb der Oszillationskammer 3 mit dem Permanentmagnet 34 bestückt. Die Spulenanordnung 35 ist koaxial zur Längsachse 27 des Oszillatorkolbens 13 angeordnet und über eine Halterung 36 am Oszillatorgehäuse 2 befestigt. Bei der durch die Oszillationsbewegung 12 hervorgerufenen oszillierenden Hubbewegung 33 bewegt sich der Permanentmagnet 34 fortwährend in einander entgegengesetzten Richtungen durch die Spulenanordnung 35 hindurch, in der mithin eine elektrische Spannung induziert wird, welche sich für den Betrieb elektrischer und/oder elektronischer Mittel abgreifen lässt.
  • Während beim Ausführungsbeispiel der Figuren 1 bis 4 die Spulenanordnung 35 in koaxialer Verlängerung der Oszillationskammer 3 außerhalb derselben angeordnet ist, befindet sich die Spulenanordnung 35 beim Ausführungsbeispiel der Figur 5 in einer die Oszillationskammer 3 koaxial umschließenden Konstellation.
  • Der für die magnetische Induktion zuständige mindestens eine Permanentmagnet 34 sitzt in diesem Falle unmittelbar am Oszillatorkolben 13 innerhalb der Oszillationskammer 3, so dass sich ein Herausführen von mit dem Oszillatorkolben 13 bewegungsgekoppelten Betätigungselementen aus der Oszillationskammer 3 erübrigt. Somit entfällt die beim anderen Ausführungsbeispiel im Durchdringungsbereich der Stange 28 angeordnete Dichtstelle und man erreicht insgesamt eine axial sehr kompakt bauende Anordnung.
  • Für die Abdichtung des Durchdringungsbereiches der Stange 28 am Gehäusedeckel 7b kann bei Einhaltung minimaler Spaltbreiten zugunsten einer reibungsarmen Bewegung ebenfalls auf spezielle Dichtungsmittel verzichtet werden.
  • Sollen am Oszillatorkolben 13 bei beiden Bewegungsrichtungen übereinstimmende Stellkräfte erzeugt werden, kann anstelle der aus Figur 5 ersichtlichen stangenlosen Ausführungsform auch eine Modifikation der Bauform gemäß Figuren 1 bis 4 dahingehend vorgenommen werden, dass man auf der der Stange 28 entgegengesetzten Axialseite eine Stange 28' gleichen Querschnittes durch den dortigen Gehäusedeckel 7a hindurch herausführt, die ebenfalls mit dem Oszillatorkolben 13 verbunden ist. Bei Bedarf kann an dieser weiteren Stange 28' ebenfalls ein Bewegungsabgriff erfolgen, beispielsweise um einen mit einer zweiten Spulenanordnung kooperierenden weiteren Permanentmagnet anzutreiben.

Claims (17)

  1. Pneumatische Oszillatorvorrichtung, mit einem Oszillatorgehäuse (2), in dem sich eine Oszillationskammer (3) befindet, in der ein Oszillatorkolben (13) linear und hin und her verschiebbar angeordnet ist, der die Oszillationskammer (3) axial in zwei Arbeitskammern (14a, 14b) unterteilt, die abwechselnd gegensinnig mit Druckluft beaufschlagbar und entlüftbar sind, um eine Oszillationsbewegung des Oszillatorkolbens (13) zwischen zwei Endlagen hervorzurufen, dadurch gekennzeichnet, dass in die Oszillationskammer (3) umfangsseitig während des Betriebes ständig an eine Druckluftquelle (P) angeschlossene Zuluftöffnungen (22a, 22b) und ständig an eine Drucksenke (R) angeschlossene Abluftöffnungen (18a, 18b) einmünden, bezüglich denen der Oszillatorkolben (13) derart als Ventilglied fungiert, dass er sie positionsabhängig so mit den Arbeitskammern (14a, 14b) verschaltet, dass in den beiden Endlagen einander entgegengesetzte Druckdifferenzen zwischen den Arbeitskammern (14a, 14b) vorliegen.
  2. Oszillatorvorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Ausgestaltung, bei der sich zwischen den Endlagen eine Übergangs-Bewegungsphase einstellt, während der sämtliche Zuluft- und Abluftöffnungen (22a, 22b; 18a, 18b) durch den Oszillatorkolben abgesperrt sind.
  3. Oszillatorvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Oszillatorkolben (13) dichtungslos gleitend in der Oszillationskammer (3) angeordnet ist.
  4. Oszillatorvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Oszillatorkolben (13) die jeweils abzusperrende Zuluft- bzw. Abluftöffnung (22a, 22b; 18a, 18b) mit einem Steuerabschnitt (17a, 17b) überdeckt.
  5. Oszillatorvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine der Arbeitskammern (14b) über eine Drosselstelle (32) ständig mit einer Druckluftquelle verbunden ist.
  6. Oszillatorvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
    dadurch gekennzeichnet,
    - dass der Oszillatorkolben (13) zwei axial zueinander beabstandete, jeweils eine axiale Steuerlänge aufweisende Steuerabschnitte (17a, 17b) aufweist, zwischen denen ein durch mindestens eine umfangsseitige Kolbenvertiefung (16a, 16b) des Oszillatorkolbens (13) von jedem Steuerabschnitt (17a, 17b) axial abgesetzter Beaufschlagungsabschnitt (15) angeordnet ist, wobei die beidseits des Beaufschlagungsabschnittes (15) liegenden Kolbenvertiefungen (16a, 16b) jeweils über mindestens einen Ausgleichskanal (26a, 26b, 26c) mit der jenseits des unmittelbar benachbarten Steuerabschnittes (17a, 17b) angeordneten Arbeitskammer (14a, 14b) verbunden sind,
    - dass mindestens eine erste und zweite Abluftöffnung (18a, 18b) vorhanden sind, die axial beabstandet zueinander umfangsseitig in die Oszillationskammer (3) einmünden,
    - und dass mindestens eine erste und zweite Zuluftöffnung (22a, 22b) vorhanden sind, die axial beabstandet zueinander zwischen den beiden Abluftöffnungen (18a, 18b) umfangsseitig in die Oszillationskammer (3) einmünden,
    - wobei in den beiden Endlagen des Oszillatorkolbens (13) die jeweils eine Abluftöffnung (18a, 18b) durch den ihr zugeordneten Steuerabschnitt (17a, 17b) überdeckt und abgesperrt und die jeweils andere Abluftöffnung (18b, 18a) mit der ihr zugeordneten Arbeitskammer (14a, 14b) verbunden ist, während gleichzeitig die der jeweils abgesperrten Abluftöffnung (18a, 18b) benachbarte Zuluftöffnung (22a, 22b) mit der dem absperrenden Steuerabschnitt (17a, 17b) benachbarten Kolbenvertiefung (16b, 16a) kommuniziert und die andere Zuluftöffnung (22b, 22a) durch den anderen Steuerabschnitt (17b, 17a) überdeckt und abgesperrt ist.
  7. Oszillatorvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgleichskanäle (26a, 26b, 26c) im Oszillatorkolben (13) vorgesehen sind.
  8. Oszillatorvorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Kolbenvertiefungen (16a, 16b) nach Art von Ringnuten ausgebildet sind.
  9. Oszillatorvorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass von jeder Kolbenvertiefung (16a, 16b) mindestens ein in dem sich anschließenden Steuerabschnitt (17a, 17b) verlaufender Ausgleichskanal (26a, 26b, 26c) ausgeht.
  10. Oszillatorvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Ausgleichskanal (26a, 26b) den zugeordneten Steuerabschnitt (17a, 17b) bohrungsartig axial durchsetzt.
  11. Oszillatorvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Ausgleichskanal (26c) von einer Vertiefung am Außenumfang des zugeordneten Steuerabschnitts (17a, 17b) gebildet ist.
  12. Oszillatorvorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass pro Steuerabschnitt (17a, 17b) mehrere um die Längsachse (27) des Oszillatorkolbens (13) verteilte Ausgleichskanäle (26a, 26b, 26c) vorgesehen sind.
  13. Oszillatorvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Oszillatorkolben (13) als einen Bewegungsabgriff ermöglichendes Antriebsglied ausgebildet ist.
  14. Oszillatorvorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass von dem Oszillatorkolben (13) an einer oder an beiden Stirnseiten eine zweckmäßigerweise dem Bewegungsabgriff dienende, das Oszillatorgehäuse (2) verschiebbar durchsetzenden Stange (28, 28') weg ragt.
  15. Oszillatorvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Oszillatorkolben (13) zum Zwecke der Erzeugung elektrischer Energie mindestens ein bei der Oszillationsbewegung relativ zu einer gehäusefesten Spulenanordnung (35) bewegter Permanentmagnet (34) bewegungsgekoppelt ist.
  16. Oszillatorvorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Spulenanordnung (35) in koaxialer Verlängerung der Oszillationskammer (3) außerhalb derselben angeordnet ist und mit mindestens einem Permanentmagnet (34) zusammenarbeitet, der an einer mit dem Oszillatorkolben (13) verbundenen, aus der Oszillationskammer (3) herausragenden Stange (28) sitzt.
  17. Oszillatorvorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Permanentmagnet (34) unmittelbar vom Oszillatorkolben (13) innerhalb der Oszillationskammer (3) getragen ist, wobei die Spulenanordnung (35) die Oszillationskammer (3) koaxial umschließt.
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