KR20190062622A - 피스톤-실린더 유닛 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 유체 압력에 의해 지지되고 실린더(2) 내에서 직선으로 이동가능한 피스톤(103)을 포함하는 피스톤-실린더 유닛에 관한 것으로, 상기 실린더(2), 상기 피스톤(103)의 단부 벽(116) 및 상기 실린더의 단부 벽(12)이, 상기 피스톤(103)의 상사점(TDC) 부분에서 최소 크기를 가지는 압축 공동(18)을 형성하고, 상기 압축 공동(18)은 실린더 내주벽(14)과 피스톤 외주벽(136) 사이에 형성되는 베어링 갭(19)과 유체 전달식으로 연결되며, 상기 실린더 내주벽(14)에는 둘레를 따라 복수의 유체 출구 노즐(32', 34')들이 상기 실린더(2)의 적어도 하나의 단면상 평면(Q2, Q3)에 배치되고, 상기 유체 출구 노즐(32', 34')들은 상기 베어링 갭(19)으로 개방되고 가압 유체용 공급 도관에 연결되며, 상기 피스톤 외주벽(136)에는 둘레를 따라 상기 베어링 갭(19)으로 개방되는 복수의 유체 출구 노즐(130')들이 상기 피스톤 단부 벽(116)에 인접한 상기 피스톤(103)의 적어도 하나의 단면상 평면(Q1)에 배치되는, 피스톤-실린더 유닛에 있어서, 상기 피스톤 외주벽(136)의 상기 유체 출구 노즐(130')들은 가압 유체용 공급 도관에 연결되는 것을 특징으로 한다.

Description

피스톤-실린더 유닛{PISTON/CYLINDER UNIT}

본 발명은 특허 청구항 1의 전제부에 따라 실린더에서 직선으로 이동가능하고 유체 압력에 의해 지지되는 피스톤을 가진 피스톤-실린더 유닛에 관한 것이다.

이러한 유형의 피스톤-실린더 유닛에서, 압축 공동의 압력이 실린더와 동축인 위치로부터 피스톤이 측면으로 경사지는 베어링 갭의 압력보다 압축 공동의 압력이 더 큰 위험이 존재하며, 경사(inclination)는 베어링 갭에 비대칭적으로 유입하는 압축 공동으로부터의 유체에 의해 유발된다. 이는 베어링 갭의 두께를 적어도 부분적으로 변경하며 실린더와 피스톤 사이의 유체 압력 베어링의 내하중 성능을 신속히 감소시킨다. 특히, 피스톤-실린더 유닛이 압축기로서 구성될 때, 피스톤에 대해 경사-안정성이 구비되어야 한다.

여기 전체적으로 개시 내용이 참고를 위하여 포함된 DE 10 2004 061 904 A1는 피스톤에 대해 증가된 경사 안정성을 제공하는 피스톤-실린더 유닛을 개시한다. 이러한 공지의 피스톤-실린더 유닛은 종래 기술로서 도 1에 도시된다. 이 도면은 실린더(2)와 피스톤(3)을 가진 피스톤-실린더 유닛을 관통하는 길이방향 단면도를 도시한다. 실린더에는 실린더 보어 홀(10)의 길이방향 축(X)의 방향으로 피스톤(3)이 전후로 이동가능하고 자유로이 지지되어 수용되는 실린더 보어홀(10)이 구비된다. 피스톤(3)은 도시되지 않은 입력 또는 출력을 가진 피스톤 로드(4)를 통해 연결된다. 실린더 헤드(23)에 구성되고 실린더 보어 홀(10)의 단부 측면의 종단을 형성하는 실린더 단부벽(face wall)(12)과, 실린더 보어홀(10)의 내주벽 및 피스톤 단부벽(16)이 실린더 용적을 형성하고 압축 공동(18)을 형성한다.

개략적으로 도시된 밸브(20)가 구비된 입구 채널(22)은 실린더 단부벽(12)으로 통한다. 출구 채널(24)이 또한 실린더 단부벽(12)에 구비되고, 출구 채널(24)은 또한 각각의 출구 밸브(26)를 포함한다. 또한 이러한 출구 채널은 실린더 보어홀(10)에 통한다.

도 1에서 피스톤(3)의 점선 위치로 우측으로 피스톤이 이동될 때, 피스톤은 상사점(TDC)에 도달하고, 여기서 피스톤은 이동 방향이 역전되며, 피스톤-실린더 유닛이 압축기인 때, 실린더 용적(18)에 포함된 예컨대 가스상인 유체는 압축된다. 이어서 실린더 용적(18)은 압축 공동을 형성한다. 출구 밸브(26)가 개방될 때 압축 유체는 압축 공동(18)으로부터 출구 채널(24)을 통해 예컨대 하류 소비자들에게 유동한다.

추진된 유체의 일부는 실린더 헤드(23)와 실린더(2)의 하우징(21)에 구비된 연결 채널(28)을 통해 출구 채널(24)로부터 환형 방식으로 실린더 보어홀(10)을 덮고 실린더(2)의 하우징(21)에 또한 구비되는 링 채널(30, 32, 34)들로 유동한다. 링 채널(30, 32, 34)들은 실린더 보어홀의 길이방향 축(X)의 방향으로 서로 어긋나게 위치된다. 각각의 링 채널(32, 33, 34)에는 실린더 보어 홀(10)의 둘레에 걸쳐 균등하게 분포되고 각각 링 채널(32, 33, 34)을 실린더 보어 홀(10)의 내부로 연결하여 실린더의 내주벽(14)을 관통하는 복수의 작은 홀(30', 32', 34')들이 구비된다. 이와 같이 각 링 채널(30, 32, 34)의 작은 홀(30', 32', 34')들은 환형 노즐 장치(30", 32", 34")들을 형성한다. 연결 채널(28)을 통해 링 채널(30, 32, 34)로 통하는 바람직하게 가압 가스인 가압 유체는 작은 홀(30', 32', 34')들을 통해 유출할 수 있으며 실린더(2)의 내주벽(14) 위의 실린더측 베어링면(15)과 피스톤의 외주벽 위의 피스톤측 지지면(38) 사이의 베어링 갭(19)에 피스톤을 측면으로 지지하는 유체 쿠션, 예컨대, 가스 쿠션을 형성할 수 있다.

실린더 단부벽(12)에 가장 근접하며 연결된 작은 홀(30')을 포함한 제1 링 채널(30)은 피스톤이 압축 위치에, 따라서 상사점에 근접 배치된 때, 따라서 실린더 용적(18)이 최소화된 때에만 피스톤이 작은 홀(30')을 덮는 부분에 배치된다. 이 경우, 피스톤(3)은 전방 부분(3")에서 베어링면(38)에 의해 전방의 제1 작은홀(30')을 덮는다. 이와 같이, 피스톤 단부벽(16)에 인접한 피스톤부는 상사점(TDC)에 인접한 위치에서 측면으로 확실히 안정화되므로, 압축 공동으로부터 베어링 갭으로 유입하는 유체에 의해 피스톤이 측면으로 이동되는 위험이 기본적으로 제거된다.

연관된 작은 홀(32')이 항상 이동 피스톤(3)에 의해 덮히도록 제2 링 채널(22)이 배치되므로 작은 홀(32')들은 실린더(2)의 내주벽(14)과 피스톤의 외주벽(36) 사이에 피스톤(3)의 전체 축방향 운동 경로에 걸쳐 지지 가스 쿠션을 형성한다. 제3 링 채널(34)은 실린더 단부벽(12)으로부터 가장 멀리 있다. 제3 링 채널(34)에 결합된 작은 홀(34')들은 피스톤(3)이 실린더 용적이 최대인 수축 위치에 있을 때에만 이와 같이 피스톤(3)에 의해, 따라서 피스톤의 후방 부분(3')의 지지면(38)에 의해 덮힌다.

이러한 공지의 피스톤-실린더 유닛은 그의 전방 외주 부분에서 또한 그 상사점 위치에서 피스톤을 지지하나 압축 공동(18)으로부터 베어링 갭으로 유입하는 가압 유체가 피스톤에 측면 힘을 가하는 것을 배제할 수 없는 데, 이유는 피스톤 단부벽과 작은 홀(30')들로부터 유출하는 가압 베어링 유체의 충격 위치 사이의 거리가 피스톤 운동에 기인하여 피스톤 둘레에서 변하기 때문이다.

DE 10 2008 007 661 A1은 왕복 운동을 수행하기 위하여 피스톤이 선형 모터에 의해 구동되는 피스톤-실린더 유닛을 구비한 선형 압축기를 도시한다. 피스톤은 실린더 내에서 가스 압력으로 지지되고 실린더 벽에는 이러한 목적으로 복수의 노즐 개구들이 구비된다. 피스톤은 단부 측에 복수의 경사된 보어 홀들 또는 반경방향 슬롯들이 구비되며, 경사된 보어 홀들이나 반경방향 슬롯들이 피스톤의 베이스로부터 피스톤의 둘레에 연장한다. 피스톤의 양 측면 위의 공간들 사이에서 압력 균형은 보어홀들이나 슬롯들을 통해 제공된다.

DE 81 32 123 U1로부터 피스톤-실린더 유닛의 가스 압력 지지가 알려져 있으며, 여기서 유체 연결은 압축 공동과 가스 베어링의 압력 공동 사이에 제공된다.

US 5 140 915 A는 둘레 홈들이 전방 단부에 구비되고 둘레 홈들이 차단 방식으로 둘레벽에 도입되는 피스톤-실린더 유닛에 가스에 의해 지지되는 피스톤을 도시하고 설명한다. 이들 둘레 홈들은 압축 공동의 진동 압력으로부터 가스 베어링을 차단하도록 구성된다.

JP 2002 349 435 A는 중심부에서 축방향으로 둘레 홈이 구비된 에어 지지 피스톤이 구비된 선형 압축기를 개시한다. 이러한 둘레 홈은 피스톤의 둘레를 따라 압력 보상을 제공하고 이로써 베어링 갭에 둘레 방향으로 작용하는 압력 보상을 제공한다. 압축 공기가 이러한 공지의 선형 압축기에서 압축 공동으로부터 베어링 갭으로 베어링 갭의 위치에서 이동할 때, 피스톤의 경사를 유발하는 힘이 둘레 홈에 의해 생성된 압력 보상에 의해 신속하게 보충되고, 따라서 피스톤은 신속하게 실린더 축과 동축인 위치로 복귀 이동하고 또는 이상적인 경우 이 위치를 떠나지 않는다. 이러한 둘레 홈은 바람직하지 않은 가로방향 힘을 약화시키킬뿐더러, 에어 베어링의 내하중 성능을 감소시키는 에어 베어링을 약화시킨다.

유체에 의해 작동가능한 선형 구동 장치를 형성하는 US 2 907 304로부터 피스톤-실린더 유닛이 공지된다. 실린더 벽에는 가압 유체가 실린더 공동으로 그를 통해 도입되는 복수의 개구들이 구비된다. 또한 전환가능한 유체 출구들이 실린더 하우징의 양측 단부측에 제공되므로 각 출구 밸브들의 교대적인 개방에 의해 피스톤의 직선 운동이 생성된다.

따라서, 본 발명의 목적은 피스톤이 상사점 부분에 있어 압축 공동의 압력이 최대화될 때에도 피스톤-실린더 유닛이 높은 작동 주파수에서 작동하는 매우 역동적인 용도에서도 피스톤 단부벽 부분의 피스톤의 측면 지지를 보장하는 피스톤-실린더 유닛을 제공하는 것이다.

상기한 목적은 독립 청구항 1, 4 및 13의 특징을 통하여 제1 실시형태에 따른 피스톤-실린더 유닛에 의해 달성된다.

즉, 상기한 목적은 청구항 1의 특징을 통하여 본 발명의 제1 실시형태에 따른 피스톤-실린더 유닛에 의해 달성된다.

이러한 피스톤-실린더 유닛에서, 실린더 내주벽에는 둘레를 따라 복수의 유체 출구 노즐들이 실린더의 적어도 하나의 단면상 평면에 배치되고, 이 유체 출구 노즐들은 베어링 갭으로 이어지고, 피스톤 외주벽에는 둘레를 따라 피스톤 단부벽에 인접한 피스톤의 적어도 하나의 단면상 평면에 베어링 갭으로 통하는 복수의 유체 출구 노즐들이 배치된다.

본 발명에 따르면 또한 피스톤 외주벽의 유체 출구 노즐들은 가압 유체용 공급 도관에 연결된다.

이와 같이, 실린더에서 독립적으로 위치하는 피스톤은, 피스톤측 유체 출구 노즐들로부터 배출되는 가압 유체를 통하여 피스톤 단부벽에 인접한 피스톤의 전방 측에서 실린더 내주벽에 대해 항상 지지된다. 따라서, 유체 출구 노즐들은 피스톤의 어떤 위치에서도 실린더 내주벽에서 대향면에 의해 커버되며, 유체 출구 노즐들과 베어링 면의 에지, 즉 피스톤 단부벽 사이의 거리는 어떤 피스톤 위치에서도 일정하다. 따라서, 피스톤은 그 상사점에 인접해서, 즉 압축 공동에서 최대 압축에서, 종래 기술보다 경사 안정적이다.

본 발명에 따른 이러한 피스톤-실린더 유닛의 바람직한 실시형태는, 유체 출구 노즐들을 가진 피스톤의 적어도 하나의 단면상 평면이, 작동 중 전후로 이동하는 피스톤의 임의의 위치에서, 유체 출구 노즐들을 가진 실린더의 적어도 하나의 단면상 평면과 실린더 단부벽 사이에서 배치되는 것을 특징으로 한다.

이러한 바람직한 실시형태에서는, 피스톤 단부벽에 인접한 선단부가 피스톤측 유체 출구 노즐들로부터 배출되는 가압 유체에 의해 항상 지지되는 반면, 후방 피스톤부는 실린더측 유체 출구 노즐들로부터 배출되는 가압 유체에 의해 지지된다.

본 발명의 상기한 목적은 또한 청구항 4의 특징을 통한 제2 실시형태에 따른 피스톤-실린더 유닛에 의해 달성된다.

본 발명에 따른 피스톤-실린더 유닛은, 선형으로 이동가능하고 실린더에서 유체 압력으로 지지되는 피스톤을 포함하고, 상기 실린더, 피스톤의 단부벽 및 실린더 단부벽이 피스톤의 상사점 부분에서 최소가 되는 압축 공동을 형성한다. 이러한 압축 공동은 실린더 내주벽과 피스톤 외주벽 사이에 형성된 베어링 갭에 유체 연결된다. 실린더의 적어도 하나의 횡방향 평면에서 복수의 유체 출구 노즐들이 베어링 갭으로 이어지고, 상기 유체 출구 노즐들은 실린더 둘레벽에 배치된다.

본 발명에 따른 목적을 달성하기 위하여, 피스톤에는 통기 도관(venting conduit)으로 통하는 둘레 홈이 구비되고, 통기 홈은 피스톤 단부벽에 인접한 피스톤의 둘레부에 형성되고, 통기 도관은 통기 홈(venting groove)에 유입하는 가압 유체를 피스톤이 상사점(top dead center;TDC)에 있거나 상사점을 향하여 이동하는 상사점에 인접한 때 압축 공동의 압력보다 더 낮은 압력 수준으로 통기하도록 형성된다.

둘레 홈에 이러한 유형의 통기 도관을 제공함으로써 종래 기술과 달리 피스톤의 둘레를 따라 압력 균형이 제공되고, 베어링 갭의 둘레를 따라 둘레 홈에 유입되는 가압 유체가 낮은 압력 수준으로 통기된다. 따라서, 압축 공동으로부터 베어링 갭으로 유입되는 가압 유체는 작은 홀들을 통해 베어링 갭으로 유입되는 가압 유체에 대해 어떤 장애를 구성하지 않는다. 이로써, 피스톤이 상사점에 근접하거나 상사점에 있을때, 그리고 압축 공동의 압력이 베어링 유체 압력보다 휠씬 더 클 때, 베어링의 내하중 성능이 손상되는 것이 방지된다.

피스톤 단부벽에 인접한 피스톤의 둘레부에 에어 통기홈을 배치함으로써, 압축 공동으로부터 베어링 갭으로 유입되는 가압 유체가 베어링 갭에 유입된 후에 즉시 통기되는 것이 촉진되므로, 피스톤을 가로질러 작용하는 힘이 최소화된다.

이와 같이, 베어링 압력 유체는 또한 둘레 홈 방향으로 흐를 수 있으며 이는 피스톤과 실린더 사이의 유체압력 베어링의 내하중 성능을 크게 향상시킨다.

바람직하게는, 통기된 에어홈은 더 낮은 압력 수준이 유지되는 공간에 유체 연결된다.

바람직하게는, 압력 보상 둘레 홈이 피스톤 단부벽과 통기홈 사이에 제공되며, 통기홈은 피스톤 둘레를 따라 베어링 갭의 압력이 항상 보상되고 비대칭적인 압력 분포가 없는 효과를 가진다. 이와 같이, 피스톤은 항상 그의 중심 위치를 유지한다.

본 발명의 이러한 제2 실시형태의 다른 바람직한 변형예에서, 피스톤은 피스톤 단부벽 부분에서 감소된 직경을 가지는 피스톤부를 가진다. 따라서, 통기홈은 감소되지 않은 직경의 나머지 피스톤부에 제공된다.

피스톤 단부벽 부분에서 감소된 직경을 가진 피스톤부가 제공되면, 피스톤이 중심 위치에서 안정화되도록 압축 공동의 압축된 유체의 압력이 베어링 갭의 압력보다 더 높은 때 압축된 유체가 압축 공동으로부터 링 공동으로 유입되어 감소된 직경을 가진 피스톤부를 커버하는 효과가 달성된다.

감소된 직경의 피스톤부의 직경은 피스톤 단부벽으로부터 시작하여 피스톤의 축방향으로 증가하는 것이 특히 바람직하다. 압축 공동으로부터 링 공동으로 유입되는 압축 유체는 감소된 직경의 피스톤부를 커버하며 출구 교축 유체 베어링에서와 같이 반경방향 힘을 유발한다. 따라서, 링 공동의 밀접한 위치, 즉 감소된 직경을 가지는 피스톤부로부터 감소되지 않은 직경을 가지는 피스톤부로의 전이부는 피스톤의 압력 유체 베어링의 제1 유체 출구 노즐의 전방에 배치되는 것이 바람직하다.

감소된 직경의 피스톤부의 직경의 증가는 바람직하게는 선형이거나 또한 비선형일 수 있다.

또한, 피스톤 외주벽에는 둘레를 따라 복수의 유체 출구 노즐들이 통기홈의피스톤 단부벽 반대편 측의 피스톤의 적어도 하나의 단면상 평면에 배치되는 것이 바람직하며, 이러한 유체 출구 노즐은 베어링 갭으로 통한다. 이와 같이 피스톤은 피스톤측 유체 출구 노즐들로부터 배출되는 가압 유체를 통해 실린더의 위치와 무관하게 실린더 둘레벽에 대해 피스톤 단부벽에 인접한 그 선단측에서 항상 지지된다. 따라서, 상기 유체 출구 노즐들은 각 피스톤 위치에서 실린더 내주벽에서 대향면에 의해 커버되고, 유체 출구 노즐과 베어링면의 에지, 즉 피스톤 단부벽 사이의 거리는 피스톤의 임의의 위치에서 일정하다. 따라서, 상사점에 근접한 피스톤은 압축 공동의 최대 압축 하에서, 종래 기술에서보다 훨씬 경사 안정적이다.

따라서, 피스톤의 적어도 하나의 단면상 평면은, 동작 중 전후로 이동하는 피스톤의 임의의 위치에서, 유체 출구 노즐들을 가진 실린더의 적어도 하나의 단면상 평면과 실린더 단부벽 사이에 배치되는 것이 바람직하다. 이러한 바람직한 실시형태는 피스톤 단부벽에 인접한 전방부가 피스톤측 유체 출구 노즐들로부터 배출되는 가압 유체에 의해 항상 지지되는 반면, 후방 피스톤부는 실린더측 유체 출구 노즐들로부터 배출되는 가압 유체에 의해 지지되도록 한다.

상기한 목적은 또한 청구항 13의 특징을 통해 본 발명의 제3 실시형태에 따른 피스톤-실린더 유닛에서 달성된다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 실린더 내주벽에 둘레를 따라 복수의 유체 출구 노즐들이 실린더의 적어도 하나의 단면상 평면에 배치되는 이러한 피스톤-실린더 유닛이 제공되며, 유체 출구 노즐은 베어링 갭으로 통하고, 압축 공동에 인접한 베어링 갭 부분은, 적어도 피스톤이 하사점에 접근할 때, 압축 공동 반대편의 베어링 갭의 부분보다 큰 반경방향 확장부를 가진다.

압축 공동에 인접한 베어링 갭 부분이 압축 공동 반대편의 베어링 갭 부분보다 큰 반경 확장부를 가지는 피스톤-실린더 유닛의 구조에 의해 압축 공동의 압축 유체의 압력이 중심 위치에 피스톤을 안정화시키는 베어링 갭의 압력보다 클 때, 압축 공동으로부터 압축된 유체가 전체 피스톤 둘레를 따라 더 큰 반경방향 확장부를 가진 베어링 갭 부분으로 유입되는 효과가 얻어진다. 압축 공동으로부터 반경방향 확장부를 가지는 베어링 갭의 부분에 유입되는 압축 유체는, 베어링 갭의 압력보다 압축 유체의 압력이 더 커지면 바로 출구 교축 유체 베어링과 같이, 이 부분에 반경방향 힘을 가한다.

바람직하게는, 반경방향 확장부를 가지는 베어링 갭 부분은 감소된 직경을 가지는 피스톤부에 의해 형성된다. 실험에 의하여, 감소된 직경을 가지는 피스톤부와 잔여 피스톤부 사이의 직경 차이는 감소되지 않은 피스톤 직경의 5% 미만, 바람직하게는 1% 미만이면 충분한 것으로 나타났다.

감소된 직경의 피스톤부의 직경이 피스톤의 축방향으로 피스톤 단부벽으로부터 증가할 때 특히 바람직하다. 감소된 직경의 피스톤부를 덮는, 압축 공동으로부터 링 공동으로 유입되는 압축 유체가 출구 교축 유체 베어링과 같이 반경방향 힘을 가한다. 이와 같이, 링 공동의 밀접한 부분, 즉 감소된 직경의 피스톤부로부터 감소되지 않은 직경의 피스톤부로의 전이부가 피스톤용 압력 유체 베어링의 제1 유체 출구 노즐의 전방에 배치되는 것이 바람직하다.

감소된 직경의 피스톤부의 직경의 증가는 바람직하게는 선형이거나 또는 비선형일 수 있다.

달리, 반경방향 확장부를 가지는 베어링 갭의 부분은 또한 팽창된 직경의 실린더부에 의해 형성될 수 있다.

증가된 직경의 실린더부의 직경은 실린더의 축방향으로 실린더 단부벽으로부터 시작하여 감소할 때 효과적이다.

팽창된 직경의 실린더부의 직경의 이러한 감소는 바람직하게는 선형일 수 있으며, 그러나 또한 비선형일 수 있다.

본 발명에 따른 이러한 피스톤-실린더 유닛의 바람직한 실시형태는, 피스톤 단부 벽 또는 감소된 직경의 단부측 피스톤부에 인접한 피스톤의 적어도 하나의 단면상 평면에서, 복수의 유체 출구 노즐들이 피스톤 외주벽에 둘레를 따라 배치되고, 유체 출구 노즐이 베어링 갭으로 통하는 것을 특징으로 한다. 이와 같이, 실린더에서의 위치에 상관없이, 피스톤은 항상 반경방향 확장부를 가지는 베어링 갭 부분에 인접하는 피스톤의 전방 부분의 피스톤 측면 유체 출구 노즐들로부터 배출되는 가압 유체를 통해 실린더 내주벽에 대해 지지된다. 따라서, 유체 출구 노즐들은 각 피스톤 위치에서 실린더 내주벽에서의 대향면에 의해 커버되며, 유체 출구 노즐들과 피스톤의 베어링면의 에지, 즉 피스톤 단부벽 또는 피스톤 외주에서 감소된 직경을 가지는 부분으로의 전이부 사이의 거리는 임의의 피스톤 위치에서 항상 일정하다. 따라서, 피스톤은 상사점에 인접하여, 압축 공동에서 최대 압축 하에서, 종래 기술에서보다 휠씬 더 경사 안정적이다.

이와 같이, 작동 중 전후로 이동하는 피스톤의 임의의 위치에서 유체 출구 노즐을 가진 피스톤의 적어도 하나의 단면상 평면은 유체 출구 노즐에서 실린더의 적어도 하나의 단면상 평면과 실린더 단부 벽 사이에 배치되는 것이 바람직하다. 이러한 바람직한 실시형태에 의하면, 전방 피스톤부는 항상 피스톤측 출구 노즐로부터 배출되는 가압 유체에 의하여 지지되는 반면, 후방 피스톤부는 실린더측 출구 노즐로부터 배출되는 가압 유체에 의하여 지지된다.

본 발명에 따른 피스톤-실린더 유닛의 제3 실시형태의 또 다른 바람직한 변형예는 피스톤 단부 벽 또는 감소된 직경의 피스톤부에 인접한 피스톤 둘레부에는 적어도 하나의 둘레 홈이 구비되는 것을 특징으로 한다. 이러한 둘레 홈은 베어링 갭의 둘레를 따라 압력 차이를 제공하는 둘레 압력 보상 홈을 형성하며, 이 베어링 갭은 예컨대 압축 공동으로부터의 비대칭적으로 유입되는 가압 유체를 통해 생성될 수 있으며, 이는 바로 균형을 이루므로 실린더의 길이방향 축(X) 둘레로 중심 위치에 피스톤이 유지되고 측면으로 이동되지 않는다.

또한, 피스톤의 적어도 하나의 둘레 홈은 통기 도관이 이어지는 통기홈으로 형성될 때 더욱 바람직하다. 이에 따라, 압축 공동으로부터 베어링 갭으로 유입되는 통기홈과 통기 도관을 통해 통기될 수 있다.

따라서, 통기 도관은 바람직하게는 피스톤이 상사점에 있거나 상사점을 향하여 이동할 때 압축 공동의 압력보다 작은 유체 압력이 유지되는 공간에 유체 연결식으로 연결된다. 이로써 피스톤이 상사점에 인접하거나 상사점에 있을 때 베어링의 내하중 성능이 손상되는 것을 방지하고 압축 공동의 압력이 베어링 유체 압력보다 휠씬 더 높아지는 것이 방지된다.

바람직하게는, 통기홈은 피스톤 단부벽에 인접한 피스톤의 둘레부에 형성된다.

이하에서는, 본 발명이 첨부된 도면들을 참조한 실시예들을 통하여 보다 상세하게 설명된다:
도 1은 종래 기술의 피스톤-실린더 유닛을 도시하며;
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 피스톤-실린더 유닛을 도시하며;
도 3은 본 발명에 따른 피스톤-실린더 유닛의 제2 실시예의 제1 변형을 도시하며;
도 4는 본 발명에 따른 피스톤-실린더 유닛의 제2 실시예의 제2 변형을 도시하며;
도 5는 본 발명에 따른 피스톤-실린더 유닛의 제2 실시예의 제3 변형을 도시하며;
도 6은 원추형 선단부를 가진 제2 실시예의 제3 변형의 피스톤을 도시하며;
도 7은 오목한 선단부를 가진 제2 실시예의 제3 변형의 피스톤을 도시하며;
도 8은 볼록한 선단부를 가진 제2 실시예의 제3 변형의 피스톤을 도시하며;
도 9는 본 발명에 따른 피스톤-실린더 유닛의 제2 실시예의 제4 변형을 도시하며;
도 10은 본 발명에 따른 피스톤-실린더 유닛의 제3 실시예의 제1 변형을 도시하며;
도 11은 원추형 선단부를 가진 제3 실시예의 제1 변형의 피스톤을 도시하며;
도 12는 오목한 선단부를 가진 제3 실시예의 제1 변형의 피스톤을 도시하며;
도 13은 볼록한 선단부를 가진 제3 실시예의 제1 변형의 피스톤을 도시하며;
도 14는 통기홈을 포함하는 제3 실시예의 제1 변형의 피스톤을 가진 본 발명에 따른 피스톤-실린더 유닛을 도시하며;
도 15는 피스톤이 추가적인 압력 보상 둘레 홈을 포함하는 도 14의 변형을 도시하며;
도 16은 전방 피스톤부에 피스톤 측면 유체압력 베어링이 구비된 피스톤을 가진 제3 실시예의 제1 변형의 피스톤-실린더 유닛을 도시하며;
도 17은 피스톤에는 추가적인 통기 홈이 구비된 도 16의 피스톤-실린더 유닛을 도시하며; 및
도 18은 확장된 직경을 가진 실린더부를 가진 본 발명에 따른 피스톤 실린더의 제3 실시예의 제2 변형을 도시한다.

도 1은 상세한 설명의 도입부에서 이미 설명된 DE 10 2004 061 904A1에 따른 종래 기술의 피스톤-실린더 유닛을 도시한다.

도 2는 본 발명에 따른 피스톤-실린더 유닛의 제1 실시예를 도시하며, 도 1의 요소들과 동일한 도 2의 요소들에 대해 같은 참조 번호들이 사용된다.

피스톤(103)은 그 하사점(UT)과 그 상사점(OT) 사이의 중심 위치에 배치된다. 제2 링 채널(32)과 제3 링 채널(34)이 도 1에 도시된 피스톤-실린더 유닛에 유사한 실린더에 배치된다. 제2 링 채널(32)과 결합되고 단면상 평면(cross sectional plane)(Q2)에서 유체출구 노즐들을 형성하는 작은 홀(32')들의 위치와 제3 링 채널(34)과 결합되고 단면상 평면(Q3)의 유체 출구 노즐들을 형성하는 작은 홀(34')들의 위치 및 제2 환형 노즐 장치(32")와 제3 환형 노즐 장치(34") 사이의 축방향으로의 거리는 작은 홀(32' 및 34')들이 피스톤(103)의 전체 축방향 운동 동안 피스톤(103)의 둘레벽(136)에 의해 커버되도록 선택된다. 제2의 환형 노즐 장치(32")에 의해 형성된 제2 에어 베어링과 제3 환형 노즐 장치(34")에 의해 형성된 제3 에어 베어링의 두 개의 실린더 측면의 에어 베어링들은 이와 같이 전체 피스톤 운동 동안 활동하며 후방 피스톤부(103)에서 그리고 반경 방향의 전방 피스톤부(103)에서 피스톤(103)을 지지한다.

도 1의 실시예에 반대인 제1 에어 베어링은 실린더로 아니라 피스톤(103)에 구성된다. 이와 같이, 피스톤(103)에는 피스톤 단부벽(116)에 직접 인접한 단면 평면(Q1)에서 피스톤 외주벽(136)에 유체 출구 노즐들을 형성하고 다소 경사되는 둘레 위로 분포된 작은 홀(130')들이 구비되고, 작은 홀들은 피스톤(103) 내부에 구성된 링 채널(130)로 이어지고 제1의 전방 환형 노즐 장치(130")를 구성한다. 피스톤(103) 내부의 링 채널(130)은 피스톤 로드(104)의 내부에서 연장되는 채널(131)을 통해 그리고 연결 채널(28)을 가진 비도시 공급 도관을 통해 연결된다. 연결 채널(28) 내부로 흐르는 가압 유체는 이와 같이 또한 피스톤 내부의 링 채널(130)로 인도되고 제1 작은 홀(130')들로부터 베어링 갭(19)으로 흐른다.

이와 같이, 유체 베어링, 예컨대, 에어 베어링이 이 위치에 구비된 환형 노즐 장치(130")에 의해 피스톤(103)의 전방 피스톤부(103")의 최전방부에 형성되고, 에어 베어링은 베어링면(15)을 형성하는 실린더 내주벽(14)에 대해 피스톤 단부벽(16)에 반경방향으로 바로 인접한 피스톤(103)을 지지한다. 이러한 최전방 유체 베어링이 피스톤과 같이 이동하므로, 피스톤(103)을 반경방향으로 지지하기 위하여 이 영역에 가해진 힘이 전체 피스톤 운동에 걸쳐 거의 일정하다. 길이방향 축(X)을 가로질러 피스톤을 측면으로 굽히는 것은 따라서 압축 공동(18)에서 압축된 유체가 베어링 갭(19)으로 가압되어 진행할 때조차 거의 불가능하다.

도 3은 본 발명에 따른 피스톤-실린더 유닛의 제2 실시예를 도시하며, 도 1의 요소들과 동일한 도 3의 요소들에 대해 동일한 참조 부호들이 사용된다.

피스톤(203)이 그의 하부 사점(UT)과 그의 상사점(TDC) 사이의 중심 위치에 도시된다. 제2 링 채널(32)과 제3 링 채널(34)은 도 1 도시의 피스톤-실린더 유닛에 유사한 실린더에 배치된다. 단면상 평면(Q2)의 유체 출구 노즐들을 형성하는 제2 링 채널(32)에 결합된 작은 홀(32')의 위치와 제3 링 채널에 결합된 단면상 평면(Q3)의 유체 출구 노즐들을 형성하는 작은 홀(34')들의 위치 및 제2 환형 노즐 장치(32")와 제3 환형 노즐장치(34") 사이의 축방향 거리는 피스톤(203)의 전체 축방향 운동 동안 작은 홀(32' 및 34')들이 피스톤(230)의 외주벽(236)에 의해 커버되도록 선택된다. 제2의 환형 노즐 장치(32')에 의해 형성된 제2 에어 베어링과 제3 환형 노즐 장치(34")에 의해 형성된 제3 에어 베어링의 두 개의 실린더 측면의 에어 베어링들은 이와 같이 전체 피스톤 운동 동안 동적이며 후방 피스톤부(203')에서 그리고 반경 방향의 전방 피스톤부(203")에서 피스톤(203)을 지지한다.

피스톤(203)에는 피스톤 단부벽(216)에 직접 인접한 피스톤 외주벽(236)에서 전방 피스톤부(203")에 둘레로 연장되는 통기 홈(233)이 구비되고, 통기 개구(233')는 통기 홈(233)으로 연장되며, 통기 개구에는, 피스톤(203)이 그의 상사점(TDC)에 있거나 그의 상사점(TDC)을 향하여 이동할 때 압축 공동(18)의 압력보다 작은 유체 압력이 형성되는 공간을 두고 피스톤 로드(204) 내부로 연장되는 유체연결 채널(233")이 구비되며; 통기 에어 홈(233)에 구비된 압력은 적어도 통기 홈(233)의 전후의 베어링 갭(19)의 압력보다 더 작아야 한다.

도 4는 도 3에 따른 실시예의 변형을 도시하는 데, 여기서 또 다른 둘레 홈(235)이 피스톤 단부벽(216)과 피스톤 단부벽(216)에 바로 인접한 통기홈(233) 사이의 피스톤 외주벽(236)에 형성된다. 이러한 추가적인 둘레 홈(235)은 압축 공동(18)으로부터 일 측면 위에 베어링 갭(19)으로 유입되는 가압 유체에 피스톤(203)의 둘레를 따라 보상 압력을 제공하는 압력 균형 둘레 홈을 형성하므로 피스톤은 실린더축(X)에 대해 그 중심 위치에 유지되고 측면으로 이동되지 않는다.

도 5는 통기홈(233)이 구비된 피스톤(203)의 또 다른 변형을 도시하며, 여기서 피스톤 단부벽(216) 부분에서 전방 피스톤부(203")의 피스톤이 감소된 직경을 가지는 피스톤부(237)를 포함한다. 감소된 직경을 가지는 이 피스톤부(237)는 통기홈(233)으로부터 축방향으로 경사되므로 통기홈(233)은 감소되지 않은 직경을 가지는 전방 피스톤부(203")의 잔여부에 구성된다.

감소된 직경을 가지는 피스톤부(237)를 제공함으로써 환형 갭(19')이 감소된 직경을 가지는 피스톤부(237)의 외주벽(237')과 실린더 내주벽(14) 사이에 구비되고, 환형 갭의 반경방향 확장부, 이로써 그의 반경방향 두께는 베어링 갭(19)의 두께보다 더 크다. 압축 공동(18)으로부터 전방 링 공동(19')으로 피스톤(203)의 압축 운동 동안 압축 유체가 배출될 때, 환형 갭(19)으로 유입되는 가압 유체는 피스톤(203)의 중심을 일치시킨다.

도 5에 따른 변형에서, 감소된 직경을 가진 피스톤부(237)는 원통형으로 구성된다. 그러나 피스톤부(237)는 또한 피스톤의 축방향으로 피스톤의 단부벽(216)으로부터 시작하여 증가하는 직경을 가지도록 구성될 수 있다. 이는 예컨대 도 1 도시와 같이 원추형 둘레 컨투어(239)를 가진 피스톤부로 구형될 수 있으며, 감소된 직경을 가진 피스톤부(237)의 직경의 증가는 직선적이다.

도 7과 8 도시와 같이 감소된 직경을 가진 피스톤부(237)의 직경의 증가는 비직선적일 수 있다. 이와 같이, 피스톤부는 또한 오목한 둘레 형상(239')(도 7) 또는 볼록한 둘레 형상(239")(도 8)을 가질 수 있다.

감소된 직경을 가진 전방 피스톤부(237)의 피스톤(203)의 구조는 또한 추가적인 압력 보상 둘레 홈(235)을 가진 피스톤의 도 4에 도시된 변형에 구비될 수 있다.

도 9 도시와 같이 통기홈(233)이 구비된 피스톤(203)에는 여기 설명된 바와 같은 도 3-8에 따른 실시예들에서 전방 피스톤 측면의 유체 베어링이 제공될 수 있다.

이와 같이, 피스톤(203)에는 둘레에 걸쳐 분포되고 피스톤 외주벽(236)에서 단면상 평면(Q1')에 서로 균등하게 오프셋되는 유체 출구 노즐들을 형성하는 작은 홀(230')들이 구비되며, 상기 벽은 통기홈에 바로 인접하나, 피스톤 단부벽(216)으로부터 멀리 향하는 통기홈(233)의 일 측면 위에서 그로부터 축방향으로 오프셋된다. 이들 작은 홀(230')들이 피스톤(203)의 내부에 구성된 링 채널(230)로 연장되고 제1의 전방 환형 노즐장치(203")를 형성한다. 피스톤(203) 내부의 링 채널(240)은 또한 피스톤 로드(204) 내부로 연장되는 채널(231)을 통해 그리고 도시없는 공급 도관을 통해 연결 채널(28)에 연결된다. 이와 같이 연결 채널(28)로 흐르는 가압 유체는 또한 피스톤(203) 내부의 링 채널(230)로 유입되고 제1 작은 홀(230')들로부터 베어링 갭(19)으로 흐른다.

이와 같이, 예컨대 에어 베어링인 유체 베어링이 또한 이 위치에서 제공된 환형 노즐 장치(230")에 의해 전방 피스톤부(203")에 형성되며, 유체 베어링은 베어링면(15)을 형성하는 실린더 내주벽(14)에 대해 반경 방향으로 전방 피스톤부(203")에서 피스톤(203)을 지지한다. 전방 유체 베어링이 피스톤과 같이 이동하므로, 피스톤(203)을 반경방향 지지를 위해 이 부분에 가해진 힘이 전체 피스톤 운동에 걸쳐 거의 일정하다. 압축 공동(18)으로부터의 압축 유체가 베어링 갭으로의 비대칭적인 유입이 위에 설명된 바와 같이 추가적인 조치(압력 보상 둘레 홈(235), 감소된 직경의 피스톤부(237))에도 불구하고 발생할 때에도, 따라서 길이방향 축(X)을 가로지르는 피스톤의 측면 이동은 발생할 수 없다.

도 10은 본 발명에 따른 피스톤-실린더 유닛의 제3 실시예를 도시하며, 여기서 도 1과 같은 도 10의 요소들에는 동일한 도면 부호들이 사용된다.

피스톤(303)이 그의 하사점(UT)과 그의 상사점(TDC) 사이의 중심 위치에 도시된다. 제2 링 채널(32)과 제3 링 채널(34)은 도 1 도시의 피스톤-실린더 유닛에 유사한 실린더에 배치된다. 단면상 평면(Q2)의 유체 출구 노즐들을 형성하며 제2 링 채널(32)에 결합된 작은 홀(32')의 위치와 제3 링 채널에 결합되고 단면상 평면(Q3)의 유체 출구 노즐들을 형성하는 작은 홀(34')들의 위치 및 제2 환형 노즐 장치(32")와 제3 환형 노즐장치(34") 사이의 축방향 거리는 피스톤(303)의 전체 축방향 운동 동안 작은 홀(32' 및 34')들이 피스톤(303)의 외주벽(336)에 의해 커버되도록 선택된다. 두 개의 실린더 측면의 에어 베어링들, 즉, 제2의 환형 노즐 장치(32")에 의해 형성된 제2 에어 베어링과 제3 환형 노즐 장치(34")에 의해 형성된 제3 에어 베어링은, 이와 같이 전체 피스톤 운동 동안 동적이며 후방 피스톤부(303')에서 그리고 반경 방향으로 전방 피스톤부(303")에서 피스톤(303)을 지지한다.

피스톤(303)에는 피스톤 단부벽(316) 부분에서 그의 전방 피스톤부(303")의 감소된 직경을 가진 피스톤부(237)가 제공되고, 이 부분의 베어링 갭(19)은 압축 공동(18)으로부터 멀리 향하는 베어링 갭(19) 부분보다 큰 반경방향 확장부를 가진 환형 갭(19')을 형성한다.

감소된 직경을 가진 피스톤부(337)를 제공하면, 실린더 내주벽(14)과 감소된 직경을 가진 피스톤부(337)의 외주벽(337') 사이에 환형 갭(19')을 제공하므로, 그의 반경 두께는 베어링 갭(19)의 반경 두께보다 더 크다. 피스톤(303)의 압축 운동 동안, 압축 공동(18)으로부터 전방 환형 갭(19')으로 가압 유체가 유입할 때, 환형 갭(19)에 유입되는 가압 유체는 피스톤(303)의 중심을 일치시킨다.

도 10에 따른 실시예에서, 피스톤부(337)는 감소된 직경을 가진 원통형으로 구성된다. 그러나, 피스톤부(337)에는 또한 피스톤 단부벽(316)으로부터 시작하는 피스톤의 축방향으로 증가된 직경이 구비될 수 있다. 예컨대, 이는 도 11 도시와 같이 원추형 둘레 컨투어(339)를 가진 피스톤부로서 구형될 수 있으며, 감소된 직경의 피스톤부(337)의 직경의 증가는 직선적이다. 그러나, 감소된 직경을 가진 피스톤부(337)의 직경의 증가는 또한 도 12와 13 도시와 같이 비직선적일 수 있다. 피스톤부(337)는 또한 오목 둘레 컨투어(339')(도 12) 또는 볼록 둘레 컨투어(339")(도 13)을 포함할 수 있다.

도 14는 감소된 직경을 가진 피스톤부(337)가 구비된 피스톤(303)의 또 다른 변형을 도시한다. 감소된 직경을 가진 피스톤부(337)에 인접한 전방 피스톤부(303")의 피스톤(303)에는 둘레를 따라 연장되는 통기홈(333)이 구비되며, 이 통기홈은 공동을 가진 피스톤 로드(304) 내부의 채널(333")을 통해 유체 연결되는 통기 개구(333')로 연장되며, 이 공동에는 피스톤(303)이 상사점(TDC)에 있거나 또는 상사점(TDC)을 향하여 이동할 때 압축 공동(18)의 압력보다 작은 유체 압력이 제공되며; 통기 홈(33)에 충진된 압력은 적어도 통기홈(333) 전후의 베어링 갭(19)의 압력보다 작다. 통기홈(333)은 감소된 직경을 가진 피스톤부(337)로부터 축방향으로 경사되므로 통기홈(333)은 전방 피스톤부(303")의 잔여부에는 감소된 직경을 가지도록 구성되지 않는다.

도 15는 도 14에 따른 실시예의 일 변형을 도시하며 여기서 추가의 둘레 홈(335)이 감소된 직경을 가진 피스톤부(337)와 통기홈(333) 사이의 감소된 직경을 가진 피스톤부(337)에 인접한 피스톤 외주벽(336)으로 구성된다. 이러한 추가적인 둘레 홈(335)은 일 측면에서 압축 공동(18)으로부터 베어링 갭(19)으로 유입되는 가압 유체의 압력 균형을 제공하는 압력균형 둘레 홈을 형성하며, 피스톤(303)의 둘레를 따라 압력 균형이 제공되므로 피스톤은 실린더축(X)에 대해 조심된 위치에 유지되고 측면으로 이동되지 않는다.

도 16은 본 발명에 따른 피스톤-실린더 유닛의 또 다른 대체적인 실시예를 도시하며, 여기서 피스톤(303)은 감소된 직경의 피스톤부(337)에 인접한 그의 전방 피스톤부(303")에서 피스톤측 유체 베어링을 포함한다.

이를 위하여, 피스톤(303)에는 둘레에 걸쳐 분포되고 서로 균등하게 오프셋되고 감소된 직경을 가지는 피스톤부(337)에 바로 인접하나 그로부터 오프셋되는 피스톤 외벽(336)의 가로 평면(Q1")의 유체 출구 노즐들을 형성하는 작은 홀들이 제공된다. 이들 작은 홀(330')들은 피스톤(303)의 내부에 구성된 링 채널(330)로 연장되고 제1 전방 환형 노즐장치(330")를 형성한다. 피스톤(303) 내부의 링 채널(330)은 피스톤 로드(304) 내부로 연장되는 채널(331)과 도시 없는 공급 도관을 통해 연결 채널(28)에 연결된다. 연결 채널(28)로 흐르는 가압 유체는 또한 피스톤(303) 내부의 링 채널(330)로 인도되고 제1 작은 홀(330')들로부터 베어링 갭(19)으로 흐른다.

도 17 도시와 같이 도 16 도시의 피스톤 측면 에어 베어링이 구비된 피스톤(303)에는 추가적으로 도 14와 15에서 설명된 바와 같은 통기홈(333)이 구비된다. 통기홈(333)에 부가해서 또는 대체적으로, 도 15와 관련해서 설명되었던 압력 보상 둘레 홈(335)이 구비될 수 있다. 통기홈(333)과 그리고 압력 보상 둘레 홈(335)은 또한 감소된 직경을 가진 피스톤부(337)와 감소된 직경을 가지지 않는 피스톤(303)의 부분에서 전방 환형 노즐 장치(330") 사이에 구성된다.

이와 같이, 유체 베어링, 예컨대, 가스 또는 에어 베어링이 또한 이 위치에서 제공된 환형 노즐장치(330")에 의해 전방 피스톤부(303")에 형성되며, 가스 또는 에어 베어링이 실린더 내주벽(14)에 대해 반경 방향으로 전방 피스톤부(303")에서 피스톤(303)을 지지한다. 이러한 전방 유체 베어링이 피스톤과 같이 이동하므로, 이 영역에서 피스톤(303)을 반경 방향 지지를 위하여 가해진 힘이 전체 피스톤 운동에 걸쳐 거의 일정하다. 위에 기재된 추가적인 방안들인 압력 보상 둘레 홈(335)과 감소된 직경을 가진 피스톤부(337)에도 불구하고 압축된 유체가 압축 공동(18)으로부터 비대칭식으로 베어링 갭으로 유입하여도, 길이방향 축(X)을 가로지르는 피스톤의 측면 이동은 따라서 거의 불가능하다.

최종적으로, 도 18은 본 발명에 따른 피스톤-실린더 유닛의 제3 실시예의 제2 변형을 도시하는 데, 여기서 반경방향 확장부를 가진 베어링 갭(19)의 일부(19)는 실린더 단부벽(12)에 근접하게 배치된 실린더 보어홀(10)의 전방 부분(10")에 의해 형성되며 여기서 실린더 보어홀(10)은 실린더 단부벽(12)(실린더 부(2))을 향하여 직경이 증가된다. 직경이 증가하거나 감소하는 실린더 보어홀의 이러한 부분(10)은 도 18 도시의 사선 표시된 피스톤이 상사점(TDC)에 있을 때 피스톤(303)의 전방 부분(303")의 적어도 일부를 덮는다.

도 18에 도시된 피스톤-실린더 유닛의 제3 실시예의 변형에서, 피스톤에 피스톤 단부벽 부분에 감소된 직경을 가진 피스톤부(137)가 구비되는 것은, 불가능하지는 않더라도 필요하지 않다.

또한, 도 18에 따른 변형에서, 피스톤(303)에는 통기홈(333), 압력 보상 둘레 홈(335), 피스톤 측면 유체 베어링(전방 환형 노즐 장치(330")) 또는 제3 실시예의 제1 변형과 관련하여 이미 설명되었던 바와 같은 그 조합이 구비될 수 있다.

본 발명에 따른 피스톤 실린더는, 그리고 이는 모든 실시예들에 적용되는, 유리한 실시예들에서 선형 압축기의 요소를 형성하며, 여기서 압축 유체는 가스, 예컨대, 공기이다. 이와 같이 유체 베어링들은 예컨대 에어 베어링과 같은 가스 압력 베어링으로 구성된다. 바람직한 실시예는 유체가 가스 냉매인 냉동 시스템의 선형 압축기이다.

본 발명은 기재된 실시예들에 제한되지 않으며 이들은 단지 본 발명의 핵심 사상의 일반적인 설명을 제공할 뿐이다. 본 발명의 범위 내에서, 본 발명에 따른 장치는 또한 위에 설명된 실시예들로부터 다를 수 있다. 장치는 이와 같이 특히 특허청구범위의 각각의 개별적인 특징들로부터의 조합을 나타내는 특징들을 포함한다.

특허 청구범위, 상세한 설명 및 도면들에서 참조 번호들은 본 발명의 더욱 양호한 이해를 위해서이며 본 발명의 범위를 제한하는 것이 아니다.

Claims (12)

1. 유체 압력에 의해 지지되고 실린더(2) 내에서 직선으로 이동가능한 피스톤(303)을 포함하는 피스톤-실린더 유닛으로서,
   - 상기 실린더(2), 상기 피스톤(303)의 단부 벽(316) 및 상기 실린더의 단부 벽(12)이, 상기 피스톤(303)의 상사점(TDC) 부분에서 최소 크기를 가지는 압축 공동(18)을 형성하고,
   - 상기 압축 공동(18)은 실린더 내주벽(14)과 피스톤 외주벽(336) 사이에 형성되는 베어링 갭(19)과 유체 전달식으로 연결되며, 및
   - 상기 실린더 내주벽(14)에는 둘레를 따라 압축 공동(18)과 인접한 복수의 제1 유체 출구 노즐(32') 및 압축 공동(18)과 떨어져 있는 복수의 제2 유체 출구 노즐(34')이 상기 실린더(2)의 적어도 하나의 단면상 평면(Q2, Q3)에 배치되고, 상기 유체 출구 노즐(32', 34')들은 상기 베어링 갭(19)으로 개방되는, 피스톤-실린더 유닛에 있어서,
   - 상기 압축 공동(18)에 인접하고 감소된 직경을 가지는 피스톤부(337)에 형성된 상기 베어링 갭(19)의 부분(19')은, 적어도 상기 피스톤(303)이 상사점(TDC)에 접근할 때, 상기 베어링 갭(19)의 상기 압축 공동(18)에서 떨어진 부분보다 더 큰 반경방향 확장부를 가지고,
   - 감소된 직경을 가지는 피스톤부(337)로부터 감소되지 않는 직경을 가지는 피스톤부(338)로의 전이부가 압축 방향으로 피스톤(303)을 위한 압력 유체 베어링의 제1 유체 출구 노즐(32')의 전방에 항상 배치되는 것을 특징으로 하는 피스톤-실린더 유닛.
2. 제1항에 있어서,
   상기 감소된 직경을 가지는 피스톤부(337)는 원통 모양으로 형성되는 것을 특징으로 하는 피스톤-실린더 유닛.
3. 제2항에 있어서,
   상기 감소된 직경을 가지는 피스톤부(337)의 직경은, 상기 피스톤 단부벽(316)으로부터 시작하여 상기 피스톤(303)의 축방향으로 증가하는 것을 특징으로 하는 피스톤-실린더 유닛.
4. 제3항에 있어서,
   상기 감소된 직경을 가지는 피스톤부(337)의 직경의 증가는 선형인 것을 특징으로 하는 피스톤-실린더 유닛.
5. 제3항에 있어서,
   상기 감소된 직경을 가지는 피스톤부(337)의 직경의 증가는 비선형인 것을 특징으로 하는 피스톤-실린더 유닛.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 감소된 직경을 가지는 피스톤부(337)와 감소되지 않는 직경을 가지는 피스톤부(338) 사이의 직경 차이는 5% 미만인 것을 특징으로 하는 피스톤-실린더 유닛.
7. 제6항에 있어서,
   상기 감소된 직경을 가지는 피스톤부(337)와 감소되지 않는 직경을 가지는 피스톤부(338) 사이의 직경 차이는 1% 미만인 것을 특징으로 하는 피스톤-실린더 유닛.
8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 피스톤 외주벽(336)에는 둘레를 따라 복수의 유체 출구 노즐(330')들이, 상기 피스톤(303)의 적어도 하나의 단면상 평면(Q1), 피스톤 단부벽(316) 또는 감소된 직경을 가지는 피스톤부(337)의 측면에 인접하여 배치되고, 상기 유체 출구 노즐(330')들은 상기 베어링 갭(19)으로 개방되는 것을 특징으로 하는 피스톤-실린더 유닛.
9. 제8항에 있어서,
   상기 유체 출구 노즐(330')들을 가지는 피스톤(303)의 적어도 하나의 단면상 평면(Q1)은, 왕복 피스톤(303)의 모든 위치에서, 유체 출구 노즐(32', 34')들을 가진 실린더(2)의 적어도 하나의 단면상 평면(Q2, Q3)과 상기 실린더 단부벽(12) 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 피스톤-실린더 유닛.
10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 피스톤(303)은, 감소된 직경을 가지는 상기 피스톤부(337) 또는 상기 피스톤 단부벽(316)에 인접한 둘레부에 적어도 하나의 둘레 홈(333,335)을 가지는 것을 특징으로 하는 피스톤-실린더 유닛.
11. 제10항에 있어서,
    상기 피스톤(303)의 적어도 하나의 둘레 홈(333)은 통기 도관(333")이 개방되는 통기홈으로 형성되는 것을 특징으로 하는 피스톤-실린더 유닛.
12. 제11항에 있어서,
    상기 통기 도관(333")은, 상기 압축 공동(18)의 압력보다 작은 유체 압력이 제공되는 공간에 유체전달식으로 연결되는 것을 특징으로 하는 피스톤-실린더 유닛.

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