SE441617B

SE441617B - PISTON-CYLINDER MECHANISM

Info

Publication number: SE441617B
Application number: SE7810919A
Authority: SE
Inventors: J Harangozo; C Nagy
Original assignee: Epitoegepgyarto Vallalat
Priority date: 1977-10-26
Filing date: 1978-10-19
Publication date: 1985-10-21
Also published as: HU177203B; FR2407377A1; IT7829114A0; CS229618B2; CH636170A5; FR2407377B1; GB2006877A; GB2006877B; YU247778A; DD139623A5; BG42529A3; BE871528A; IT1099532B; YU41393B; SE7810919L; PL210518A1

Description

l7a1o919-e» 2 förekommer ett fåtal specialkonstruktioner, vilka lämpar sig för alstring av vridningsrörelse. Ett typiskt exempel på en dylik mekanism är den hydrau- liskt eller pneumatiskt manövrerade rotormaskin som beskrives i det tyska patentet l 576 142. Vid denna maskin är skruvformade spår anordnade vid än- darna av en drivstång, som är förenad med en kolv, och i beroende av dennas axiella rörelse kan ett yttre hus, som är försett med organ ingripande i spåren på drivstången, vrida sig i förhållande till kolven. Denna konstruk- tion har den olägenheten att det erfordras ett relativt långt slag för att alstra en liten vinkelrörelse. Dessutom är konstruktionen komplicerad och består av ett flertal komponenter, vilka är svåra att montera. En ytterli- gare olägenhet är att komponenterna måste tillverkas med stor precision i bearbetningen, eftersom många ytor samverkar med varandra i serie och så- lunda förekomande toleransfel kommer att adderas. l7a1o919-e »2 there are a few special constructions, which are suitable for generating rotational movement. A typical example of such a mechanism is the hydraulically or pneumatically operated rotor machine described in German Patent 1,576,142. In this machine, helical grooves are provided at the ends of a drive rod, which is connected to a piston, and in depending on its axial movement, an outer housing, which is provided with means engaging the grooves on the drive rod, can rotate relative to the piston. This construction has the disadvantage that a relatively long stroke is required to produce a small angular movement. In addition, the construction is complicated and consists of a number of components, which are difficult to assemble. A further disadvantage is that the components must be manufactured with great precision in the machining, since many surfaces cooperate with each other in series and thus tolerance errors that occur will be added.

Den av ett komprimerat mediu drivna rotormaskin som beskrives i det tyska patentet l 955 Ä96 alstraI'en vridningsrörelse tillsammans med en av- sevärd lyftningsrörelse. Denna konstruktion har den olägenheten att kraf- ten överföres via axlarna till små rullar samt att maskinens hus och buss- ningen till en förekommande drivstång är förenade med hjälp av tunna stift.The rotor machine driven by a compressed medium described in German Patent 1 955 Ä96 produces a rotational movement together with a considerable lifting movement. This construction has the disadvantage that the power is transmitted via the shafts to small rollers and that the machine housing and the bushing to an existing drive rod are connected by means of thin pins.

Trots att konstruktionen är omfångsrik kan den endast överföra små moment, och dess verkningsgrad är låg. Det förhållandet att kopplingen mellan fö- rekommande kolv och kolvstång befinner sig under dragning under kolvens ar- betsslag är även olämplig.Although the construction is bulky, it can only transmit small steps, and its efficiency is low. The fact that the coupling between the existing piston and the piston rod is under tension during the working stroke of the piston is also inappropriate.

Kolv-cylindermekanismer, vilka lämpar sig för alstring av vridnings- rörelse, inklusive de som beskrives i de ovannämnda patenten, är utförda enligt samma princip. Var och en består av en hydraulisk enhet och en me- kanisk enhet. Den hydrauliska enheten alstrar den rätlinjiga axiella rörel- sen, medan den mekaniska enheten omvandlar denna rörelse till vridningsrö- relse. Dessa anordningar är olämpliga inte endast på grund av sin låga verk- ningsgrad utan även på grund av att den förekommande kolven med kolvstång utför sin rörelse i samma riktning, varvid således slaglängderna adderas och konstruktionen blir utrymmeskrävande. Dessutom innehåller den hydrauliska enheten ensam många komponenter och därutöver kräver den mekaniska enheten många ytterligare komponenter.Piston-cylinder mechanisms, which are suitable for generating rotational movement, including those described in the above-mentioned patents, are designed according to the same principle. Each consists of a hydraulic unit and a mechanical unit. The hydraulic unit generates the rectilinear axial movement, while the mechanical unit converts this movement into rotational movement. These devices are unsuitable not only because of their low efficiency but also because the existing piston with piston rod performs its movement in the same direction, thus the strokes are added and the construction becomes space consuming. In addition, the hydraulic unit alone contains many components and in addition, the mechanical unit requires many additional components.

Denna konstruktiva komplexitet hos de kända kolv-cylindermekanismer- na och deras stora omfång beror på att den rätlinjiga rörelsen och vrid- ningsrörelsen inte alstras och utföres av samma element. En speciell konst- ruktiv enhet anordnas för var och en av de båda rörelsetyperna, och dessa enheters slaglängder adderar sig.This constructive complexity of the known piston-cylinder mechanisms and their large scope is due to the fact that the rectilinear movement and the rotational movement are not generated and performed by the same element. A special constructive unit is provided for each of the two types of movement, and the strokes of these units add up.

Uppfinningen grudar sig på insikten att en hög effektivitet kan upp- 7810919-6 fr.) nås om mekanismen endast består av tre konstruktiva huvudelement: en cylin- der, som tjänar som mekanismens hus, en kolv och en axel. I detta fall be- höver inte den axiella rörelsen omvandlas till vridningsrörelse i skilda steg, eftersom den alstrade slaglängden kan utnyttjas direkt för vridnings- rörelse.The invention is based on the realization that a high efficiency can be achieved if the mechanism consists of only three constructive main elements: a cylinder, which serves as the mechanism housing, a piston and a shaft. In this case, the axial movement does not need to be converted into rotational movement in different steps, since the stroke generated can be used directly for rotational movement.

Uppfinningen avser följaktligen att :stadkomma en ko1v-cylindermeka- nism driven av ett flytande eller gasformigt medium under tryck för omvand- ling av rätlinjig rörelse till vridningsrörelse och med en utformning såsom anges i inledningen till patentkravet 1, medan dettas kännetecknande del anger de särdrag som karaktäriserar mekanismen enligt uppfinningen.Accordingly, the invention seeks to: provide a piston-cylinder mechanism driven by a liquid or gaseous medium under pressure for converting rectilinear motion to rotational motion and having a configuration as set out in the preamble of claim 1, the characterizing part thereof indicating the features which characterizes the mechanism according to the invention.

Några utföringsformer av uppfinningen kommer nu att beskrivas närma- re i det följande med hänvisning till bifogade ritningar. På dessa visar fig. l ett längdsnitt genom en utföringsform av kolv-cylindermekanismen enligt uppfinningen, medan fig. 2 visar ett längdsnitt genom en andra ut- föringsform av uppfinningen. Eig._} visar ett fragmentariskt längdsnitt ge- nom samverkande partier av i mekanismen ingående cylinder, kolv och axel, medan fig. 4 slutligen visar ett snitt längs linjen IV-IV i fig. 4.Some embodiments of the invention will now be described in more detail below with reference to the accompanying drawings. Fig. 1 shows a longitudinal section through an embodiment of the piston-cylinder mechanism according to the invention, while Fig. 2 shows a longitudinal section through a second embodiment of the invention. Fig. 4 shows a fragmentary longitudinal section through cooperating portions of cylinder, piston and shaft included in the mechanism, while Fig. 4 finally shows a section along the line IV-IV in Fig. 4.

Fig. l visar sålunda ett längdsnitt genom en utföringsform av den vridande kolv-cylindermekanismen enligt uppfinningen. Vid denna utförings- form är själva cylindern l utformad som ett flänsförsett rör, som är öppet i båda ändar men tillslutet medelst lock 3 och Ef. Mellan dessa och cylin- dern l är tätningsringar 51 och 52 anordnade. I cylindernsl inre upptas en axel 4, vars ändar 14 och 15 skjuter ut från den arbetskammare l2 som av- gränsas av cylindern l och locken 5 och 5'. Axeln Ä är företrädesvis anord nad koaxiellt med cylindern l och lagrad roterbar kring sin egen axel i locken 3 och Ef medelst lagringar l6 resp. 17. Vid den utföringsform som visas i fig. 1 kan axeln 4 inte röra sig i axiell riktning. För avtät- ning av arbetskammaren 12 omges de genom looken 5 och If passerande ändar- na av axeln Ä av tätningar 5 resp. 5'.Fig. 1 thus shows a longitudinal section through an embodiment of the rotating piston-cylinder mechanism according to the invention. In this embodiment, the cylinder 1 itself is designed as a flanged tube, which is open at both ends but closed by means of lid 3 and Ef. Sealing rings 51 and 52 are arranged between these and the cylinder 1. A shaft 4 is received in the interior of the cylinder, the ends 14 and 15 of which project from the working chamber 12 delimited by the cylinder 1 and the lids 5 and 5 '. The shaft Ä is preferably arranged coaxially with the cylinder 1 and mounted rotatably about its own axis in the lids 3 and Ef by means of bearings 16 and 16, respectively. 17. In the embodiment shown in Fig. 1, the shaft 4 cannot move in the axial direction. For sealing the working chamber 12, the ends of the shaft Ä passing through the look 5 and If are surrounded by seals 5 and 5, respectively. 5 '.

Den tillslutna arbetskammare l2 som såluda bildas av axeln 4 och cylindern 1 är delad i två delar medelst en kolv 6. varvid delarna är av- tätade mot varandra och bildar en undre del 12' och en övre del 12". Sins- emellan är dessa delar tätade medelst yttre och inre tätningsringar 7a resp. Yb på kolven 6. Denna är i stånd att röra sig i axiell riktning i arbetskammaren 12 men kan inte vrida sig i förhållande till vare sig cy- lindern l eller axeln 4. Denna begränsning hänför sig emellertid endast till kolvens momentana läge, såsom skall beskrivas nedan. I fig.4 å- skådliggöres några av de möjliga tvärsnittsprofiler som aggregatet cylin- 7810919-6 der-kolv-axel kan uppvisa, varvid framgår att ehuru kolven 6 inte kan ändra sitt momentana vinkelläge i förhållande till cylindern l och axeln 4 kommer den under sin rörelse i axiell riktning att tvinga axeln 4 att vrida sig i förhållande till cylindern l.The closed working chamber 12 thus formed by the shaft 4 and the cylinder 1 is divided into two parts by means of a piston 6. the parts being sealed to each other and forming a lower part 12 'and an upper part 12 ". parts sealed by means of outer and inner sealing rings 7a and Yb, respectively, on the piston 6. This is able to move in the axial direction in the working chamber 12 but cannot rotate in relation to either the cylinder 1 or the shaft 4. This limitation relates to However, only to the instantaneous position of the piston, as will be described below, Fig. 4 illustrates some of the possible cross-sectional profiles which the cylinder-shaft axis assembly may have, it being seen that although the piston 6 cannot change its instantaneous angular position relative to the cylinder 1 and the shaft 4, it will during its movement in the axial direction force the shaft 4 to rotate relative to the cylinder 1.

Kolven 6 försättes i rörelse medelst ett flytande eller gasformigt medium, som införes i arbetskammaren under högt tryck, på ett sätt som inte närmare visas på ritningarna. Vid den i fig. l visade utföringsfor- men är öppningar 8 och 8' anordnade i cylinderns l sidovägg för mediets in- respektive utströmning. I fig. l markerar en skruvformig, streckprickad linje 13 den skruvprofil som axeln 4 är utformad med.The piston 6 is set in motion by means of a liquid or gaseous medium, which is introduced into the working chamber under high pressure, in a manner not further shown in the drawings. In the embodiment shown in Fig. 1, openings 8 and 8 'are arranged in the side wall of the cylinder 1 for the inflow and outflow of the medium, respectively. In Fig. 1, a helical, dotted line 13 marks the screw profile with which the shaft 4 is formed.

Den i fig. 2 visade utföringsformen överensstämmer i huvudsak med den enligt fig. l, varvid skillnaden ligger däri att endast övre änden av axeln 4 passerar ut från arbetskammaren l2. En annan konstruktiv skillnad är att det undre locket j' är fast förenat med cylindern l medelst svets- ning eller ett skruvförband, och vidare är de för hydraulmediets inlopp och utlopp anordnade öppningarna 8 och 8' anbragta i looken 5 resp. j' . Axeln 4 kan även här utföra en enkel rotation kring sin axel, varvid dess rörelse i axiell riktning förhindras genom att på. axeln utformade ansatser ingriper med looken. lagren 16 och 17 är som synes annorlunda utformade än motsva- rande, i fig. l visade lager. i I För att förstå arbetssättet för den vridande kolv-cylindermekanis- men enligt uppfinningen är det först nödvändigt att klargöra såväl ut- formningen av cylindern l, kolven 6 och axeln 4 som de medel med vilka de senare försättes i rörelse. Fig. 4 är ett detaljsnitt, som endast vi- sar kolven 6 med omedelbart omgivande partier, medan fig. 5 visar detal- jerna enligt fig. 4 i plan. Vid detta utförande uppvisar cylindern l en invändig femsidig profil, och kolvens 6 utsida 6a är anpassad efter den- na profil. Även axeln 4 är utformad femsidig, och efter denna är kolvens 6 invändiga yta 6b anpassad. Generellt gäller att en lämplig tätning kan åstadkommas mellan kolv och cylinder eller mellan kolv och axel med hjälp av konventionella tätningsríngar när tvärsnittsprofilerna är utfor- made som regelbundna polygoner.The embodiment shown in Fig. 2 substantially corresponds to that of Fig. 1, the difference being that only the upper end of the shaft 4 passes out of the working chamber 12. Another constructive difference is that the lower cover j 'is fixedly connected to the cylinder 1 by means of welding or a screw connection, and furthermore the openings 8 and 8' arranged for the inlet and outlet of the hydraulic medium are arranged in the look 5 and 5, respectively. j '. The shaft 4 can also here perform a simple rotation about its axis, whereby its movement in the axial direction is prevented by on. shoulder designed approaches intervene with the look. the bearings 16 and 17 are apparently designed differently than the corresponding bearings shown in Fig. 1. In order to understand the operation of the rotating piston-cylinder mechanism according to the invention, it is first necessary to clarify both the design of the cylinder 1, the piston 6 and the shaft 4 as well as the means by which the latter are set in motion. Fig. 4 is a detail section showing only the piston 6 with immediately surrounding portions, while Fig. 5 shows the details according to Fig. 4 in plan. In this embodiment, the cylinder 1 has an internal five-sided profile, and the outside 6a of the piston 6 is adapted to this profile. The shaft 4 is also formed five-sided, and after this the inner surface 6b of the piston 6 is adapted. In general, a suitable seal can be provided between piston and cylinder or between piston and shaft by means of conventional sealing rings when the cross-sectional profiles are designed as regular polygons.

Apparaten enligt uppfinningen fungerar på. följande sätt. Om ett me- dium under tryck införes i den ena. av arbetskammarens 12 delkammare kommer kolven 6 att förskjutas i axiell riktning under påverkan av det tryck den sålunda utsättas för. Såsom beskrivits förekommer en tvångsmässig koppling mellan cylindern l, kolven 6 och axeln 4. Vid de i fig. l och 2 visade ut- förirxgsformerrza följer axelns 4 ytterprofil en skruvformig bana 13, och kol- vens 6 förskjutning i axiell riktning åtföljes därför av en vridning av axeln, 7810919-6 in eftersom kolven 0 likaledes är tvångsmässigt kopplad till cylindern l. Om nu också cylinderns l insida och axelns 4 utsida bibringas skruvform kom- mer kolvens 6 axiella förskjutning att medföra en större vridningsrörelse hos axeln 4.The apparatus according to the invention operates on. the following way. If a medium under pressure is introduced into one. of the sub-chambers of the working chamber 12, the piston 6 will be displaced in the axial direction under the influence of the pressure to which it is thus subjected. As described, there is a forced coupling between the cylinder 1, the piston 6 and the shaft 4. In the embodiments shown in Figs. 1 and 2, the outer profile of the shaft 4 follows a helical path 13, and the displacement of the piston 6 in the axial direction is therefore accompanied by a rotation of the shaft, 7810919-6 in because the piston 0 is likewise forcibly coupled to the cylinder 1. If now also the inside of the cylinder 1 and the outside of the shaft 4 are imparted helical shape, the axial displacement of the piston 6 will cause a greater rotational movement of the shaft 4.

Det är mest fördelaktigt att som profiïform välja en regelbunden po- lygon, eftersom det i detta fall är relativt enkelt att åstadkomma tät- ning. Den polygonala tvärsnittsformen, som förskjutes i skruvform utefter axeln, kan framställas medelst känd teknik för skapande av polygonala for- mer, t.ex. genom skärande metallbearbetning.It is most advantageous to choose a regular polygon as a profile, as in this case it is relatively easy to achieve a seal. The polygonal cross-sectional shape, which is displaced in helical form along the axis, can be produced by means of known techniques for creating polygonal shapes, e.g. by cutting metalworking.

I På grundval av den föregående framställningen torde en fackman förutom de på ritningarna exemplifierade utföringsformernakunna föreslå ett fler- tal andra ekvivalenta konstruktioner. Ett grundläggande villkor för till- lämpning av uppfinningen är att kolvens axiella förflyttning åtföljes av en relativ vridning mellan cylindern l och axeln 4 i förhållande till varandra, varvid det är omöjligt att i varje enskilt kolvläge vrida kol- ven fritt i förhållande till cylindern eller axeln, dvs. rörelsen är tvångs- styrd utefter hela sin bana.On the basis of the foregoing presentation, a person skilled in the art would be able to propose a number of other equivalent constructions in addition to the embodiments exemplified in the drawings. A basic condition for the application of the invention is that the axial movement of the piston is accompanied by a relative rotation between the cylinder 1 and the shaft 4 relative to each other, whereby it is impossible in each individual piston position to rotate the piston freely relative to the cylinder or shaft , i.e. the movement is forcibly controlled along its entire path.

Claims

7810919-6 Patent claims

1. A piston-cylinder mechanism comprising a cylinder (1) closed at both ends, receiving partly a coaxial shaft (Ä) mounted in the two opposite cylinder ends, which thus extends along the entire length of the cylinder (1), wherein the shaft is axially fixed but rotatable and arranged with at least one end passing out of the closed cylinder, partly an annular piston (6) surrounding the shaft (4), which makes sealing contact with both cylinder (1) and shaft (4) and by means of a hydraulic or pneumatic medium is drivable back and forth in the longitudinal direction of the cylinder, the piston being mechanically guided towards both the outside of the shaft and the inside of the cylinder, so. that each contact on the contact surface of the piston (6) with the cylinder (1) and the shaft (Uf), respectively, is forced to follow definite paths (13) from one end of the cylinder to the other, characterized in that the mechanical control piston-cylinder and piston axis is achieved in that the cooperating contact surfaces have a cross-sectional profile in the form of a regular polygon (6a, 6b), preferably with rounded corners, and that the said paths (13) for the contact points of the piston (6) are curved along at least one contact surface.

2. Piston-cylinder mechanism according to claim 1, characterized in that the polygonal cross-sectional profile of the piston-cylinder contact surface is uniform with the corresponding profile of the piston-shaft contact surface.

A piston-cylinder mechanism according to claim 1 or 2, characterized in that the polygonal cross-sectional x-rays have the shape of a pentagon (five-sided).