(57)【要約】  本発明は、軸線方向駆動式のピストンシリンダーユニットであって、シリンダー（２）、及びピストン（３）を備えており、ピストン（３）は、ピストン（３）とシリンダー（２）とによって画定されたシリンダー室（１８）が最大である第１のピストン位置と、シリンダー室が最小である第２のピストン位置との間で、シリンダー（２）の軸線方向に往復運動するようになっており、さらにシリンダーの軸線方向で往復運動させられる駆動部材（５０）を備えており、駆動部材は前記ピストン（３）とピストンロッド（４）を介して機械的に結合されている形式のものに関し、特徴として、ピストンロッド（４）は、ピストンロッドの第１の端部（４′）及び／又は第２の端部（４″）で弾性的な装置（６）を用いて、弾性的な装置（６）の応力に抗してピストン（３）若しくは駆動部材（５０）に対して相対的に軸線方向運動可能にピストン（３）若しくは駆動部材（５０）に結合されており、シリンダーのシリンダー孔（１０）のシリンダーヘッド側の端面壁（１２）に隣接の第２のピストン位置へのピストン（３）の運動に際してピストン底部（１６）がシリンダーヘッド側の端面壁（１２）に当接した場合に、駆動部材（５０）は前記弾性的な装置（６）の力に抗して引き続き運動するようになって、かつ駆動部材（５０）は弾性的な装置によって制動されるようになっている。
2008527271.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸線方向駆動式のピストンシリンダーユニットであって、
シリンダー（２）、
及びピストン（３）を備えており、該ピストン（３）は、該ピストン（３）と前記シリンダー（２）とによって画定されたシリンダー室（１８）が最大である第１のピストン位置と、前記シリンダー室が最小である第２のピストン位置との間で、前記シリンダー（２）の軸線方向に往復運動するようになっており、
さらに前記シリンダーの軸線方向で往復運動させられる駆動部材（５０）を備えており、該駆動部材は前記ピストン（３）とピストンロッド（４）を介して機械的に結合されている形式のものにおいて、
ピストンロッド（４）は、該ピストンロッドの第１の端部（４′）及び／又は第２の端部（４″）で弾性的な装置（６）を用いて、該弾性的な装置（６）の応力に抗してピストン（３）若しくは駆動部材（５０）に対して相対的に軸線方向運動可能に該ピストン（３）若しくは駆動部材（５０）に結合されており、シリンダーのシリンダー孔（１０）のシリンダーヘッド側の端面壁（１２）に隣接の第２のピストン位置へのピストン（３）の運動に際してピストン底部（１６）が前記シリンダーヘッド側の端面壁（１２）に当接した場合に、前記駆動部材（５０）は前記弾性的な装置（６）の力に抗して引き続き運動するようになっており、該弾性的な装置は前記駆動部材（５０）を制動するようになっていることを特徴とする、軸線方向駆動式のピストンシリンダーユニット。
【請求項２】
ピストンロッド（４）の第１の端部（４′）は、ピストンのピストン底部（１６）に設けられた開口部（１６′）を貫通しており、前記ピストンロッド（４）は前記ピストンの軸線方向で該ピストン（３）に対して相対的に運動させられるようになっており、弾性的な装置（６）は前記ピストンロッド（４）と前記ピストン（３）との間に設けられていて、前記ピストンロッド（４）に、前記ピストン（３）から駆動部材（５０）へ向けられた応力を生ぜしめるようになっており、前記ピストンロッド（４）は端部ストッパ（４１′）を備えており、該端部ストッパは、前記ピストンロッド（４）が前記開口部（１６′）から抜け出すのを阻止するようになっている請求項１に記載の軸線方向駆動式のピストンシリンダーユニット。
【請求項３】
ピストンロッド（４）は、ピストン底部の開口部（１６′）内にシールした状態で案内されている請求項２に記載の軸線方向駆動式のピストンシリンダーユニット。
【請求項４】
ピストンロッド（４）の第２の端部（４″）は、駆動部材（５０）に設けられた開口部を貫通しており、前記ピストンロッド（４）は前記駆動部材（５０）の軸線方向で該駆動部材（５０）に対して相対的に運動させられるようになっており、弾性的な装置は前記ピストンロッド（４）と前記駆動部材（５０）との間に設けられていて、前記ピストンロッド（４）に、前記駆動部材（５０）から前記ピストン（３）へ向けられた応力を生ぜしめるようになっており、前記ピストンロッド（４）は端部ストッパ（４１′）を備えており、該端部ストッパは、前記ピストンロッド（４）が前記開口部から抜け出すのを阻止するようになっている請求項１に記載の軸線方向駆動式のピストンシリンダーユニット。
【請求項５】
弾性的な装置（６）はばね（６０）を含んでいる請求項１から４のいずれか１項に記載の軸線方向駆動式のピストンシリンダーユニット。
【請求項６】
ピストン（３）は、往復の駆動のために直動駆動部（５）の運動可能な駆動部材（５０）によって負荷されるようになっている請求項１から５のいずれか１項に記載の軸線方向駆動式のピストンシリンダーユニット。
【請求項７】
圧力流体の形成のための圧縮機において、圧縮機は、請求項１から６のいずれか１項に記載の軸線方向駆動式の少なくとも１つのピストンシリンダーユニット（１）を備えていることを特徴とする、圧力流体の形成のための圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、軸線方向駆動式のピストンシリンダーユニットであって、シリンダー、及びピストンを備えており、該ピストンは、該ピストンと前記シリンダーとによって画定されたシリンダー室（シリンダー容積）が最大である第１のピストン位置と、前記シリンダー室が最小である第２のピストン位置との間で、前記シリンダーの軸線方向に往復運動するようになっており、さらに前記シリンダーの軸線方向で往復運動可能な駆動部材（駆動要素）を備えており、該駆動部材は前記ピストンとピストンロッドを介して機械的に結合されている形式のものに関する。
【０００２】
前記形式のピストンシリンダーユニットは、例えば米国特許第５５２５８４５号明細書により公知である。この場合にピストンロッドは直動駆動部若しくはリニア駆動部の軸線方向運動可能な駆動部材にも、ピストンにも堅く、つまり剛性的に、すなわち相対運動不能に結合されている。リニアモータによって駆動されるピストンの作動に際して、運動可能な駆動部材、ピストンロッド及びピストンから成るユニットの、リニアモータによって生ぜしめられた軸線方向振動は振動振幅を増大させ、その結果、ピストンのピストン底部はシリンダー孔の底部にぶつかることになり、このことはピストン底部若しくはシリンダー孔のヘッド側の端面壁（底部）の損傷につながる。
【０００３】
本発明の課題は、冒頭に述べた軸線方向駆動式（アキシャル駆動式）のピストンシリンダーユニットを改善して、ピストン若しくはシリンダーの破損のおそれを減少させることにある。
【０００４】
前記課題を解決するために本発明に基づく構成では、ピストンロッドは、該ピストンロッドの第１の端部及び第２の端部の少なくともいずれか一方で、弾性的な装置若しくは弾性装置を用いて、該弾性的な装置若しくは弾性装置の応力若しくは締め付け力に抗してピストン若しくは駆動部材に対して相対的に軸線方向運動可能に該ピストン若しくは駆動部材に結合されており、これによって、シリンダーのシリンダー孔のヘッド側の端面壁に隣接の第２のピストン位置へのピストンの運動（移動）に際してピストン底部が前記シリンダー孔の前記ヘッド側の端面壁に当接した場合に、前記駆動部材は前記弾性的な装置若しくは弾性装置の力に抗して引き続き運動（移動）するようになっており、この場合に該弾性的な装置若しくは弾性装置は前記駆動部材を制動するようになっている。つまり駆動部材は、弾性的な装置若しくは弾性装置によって制動若しくは減衰されつつ運動するようになっている。
【０００５】
ピストンシリンダーユニットの通常の作動状態では、ピストンロッドはピストンに対しても駆動部材に対しても相対位置を正確に規定され、つまりピストン及び駆動部材に対して実質的に不動に保持されており、駆動部材とピストンロッドとピストンとの間に相対運動は生じないようになっている。過負荷の場合に、つまり駆動部材から生ぜしめられた力が、弾性的な装置の応力若しくは締め付け力を上回った場合に、駆動部材とピストンロッドと間若しくはピストンロッドとピストンとの間の相対運動は生じるようになっている。
【０００６】
駆動部材の質量を弾性的な装置によってピストンから遮断してあることによって、駆動部材は、圧縮位置へのピストンの運動（移動）に際して、該ピストンがシリンダー孔のヘッド側の端面壁に当接した場合に、弾性的な装置によって制動され、つまり駆動部材の引き続く慣性運動は弾性的な装置によって減衰されるようになっている。その結果ピストンの質量しか、シリンダー孔のヘッド側の端面壁にぶつからない。ピストンの質量がシリンダー孔のヘッド側の端面壁にぶつかることによって生じる衝突パルスは、ピストン、ピストンロッド及び駆動部材から成る剛性のユニットの場合に比べて著しく小さくなっており、その結果、ピストン底部の損傷若しくはシリンダー孔のヘッド側の端面壁の損傷のおそれは著しく減少されている。
【０００７】
本発明の有利な実施態様では、ピストンのピストン底部は開口部若しくは貫通孔を備えており、ピストンロッドの第１の端部は、ピストンのピストン底部の前記開口部若しくは貫通孔を貫通しており、この場合に前記ピストンロッドは前記ピストンの軸線方向で該ピストンに対して相対的に運動（移動）させられるようになっており、弾性的な装置は前記ピストンロッドと前記ピストンとの間に設けられていて、前記ピストンロッドに、前記ピストンから駆動部材に向けられた応力若しくは押圧力を生ぜしめる（作用させる）ようになっており、若しくは前記ピストンロッドを前記ピストンから駆動部材に向けて締め付けており、この場合に前記ピストンロッドは端部ストッパ若しくはきのこ形のヘッドを備えており、該端部ストッパ若しくはきのこ形のヘッドは、前記ピストンロッドが前記開口部から抜け出すのを阻止するようになっている。該実施態様に基づき、ヘッド側の端面壁にぶつかる質量は、さらに減少されており、それというのはピストンロッドの質量もピストンから遮断されているからである。
【０００８】
特に有利な実施態様では、ピストンロッドは、ピストン底部の開口部内にシールした状態で案内されており、このために有利には、ピストンロッドを取り囲むようにシールを設けてあり、つまりピストン底部の開口部とピストンロッドとの間にシールを設けてある。該実施態様に基づき、圧縮効率が改善されており、それというのは、ピストンによって圧縮された媒体は、ピストンロッドの周囲の環状間隙を通って逃がされるようなことはないからである。
【０００９】
有利な別の実施態様では、駆動部材に開口部若しくは貫通孔を設けてあり、この場合にピストンロッドの第２の端部は、駆動部材に前記開口部若しくは貫通孔内に入り込んでおり、若しくは駆動部材の前記開口部若しくは貫通孔を貫通しており、前記ピストンロッドは前記駆動部材の軸線方向で該駆動部材に対して相対的に運動（移動）させられるようになっており、弾性的な装置は前記ピストンロッドと前記駆動部材との間に設けられていて、前記ピストンロッドに、前記駆動部材から前記ピストンへ向けられた応力若しくは押圧力を生ぜしめるようになっており、若しくは前記ピストンロッドを前記駆動部材から前記ピストンに向けて締め付けており、この場合に前記ピストンロッドは端部ストッパを備えており、該端部ストッパは、前記ピストンロッドが前記開口部から抜け出すのを阻止するようになっている。該実施態様では、弾性的な装置を用いた遮断は駆動部材の側で行われており、したがってピストンロッドとピストンとを互いに堅く結合することができ、ピストン底部の開口部における煩雑なシールを省略することができる。
【００１０】
有利な実施態様では、弾性的な装置（たわみ装置若しくは伸縮装置）はばねを含んでおり、若しくはばねによって形成されている。特に有利な実施態様では、皿ばね装置を設けてあり、若しくは圧縮式若しくは引っ張り式のコイルばね（圧縮コイルばね若しくは引っ張りコイルばね）を設けてある。
【００１１】
本発明は、直動駆動部、例えばリニアモータを用いて効果的に実施され、この場合に
ピストンは、往復駆動のために直動駆動部の運動可能な駆動部材によって負荷される、つまり駆動されるようになっている。
【００１２】
本発明に基づく軸線方向駆動式のピストンシリンダーユニットは、圧力流体の形成のための圧縮機若しくはコンプレッサーに有利に使用される。
【００１３】
本発明を、以下に図示の実施例に基づき詳細に説明する。図面において、
図１は本発明の、ピストンの領域に遮断装置を備えた実施例を示す図であり、
図２は図１の実施例の、ピストン底部におけるピストンロッドの貫通案内部を拡大してします図である。
【００１４】
図１には、シリンダー２及び３から成るピストンシリンダーユニット１の縦断面を示してある。ピストンシリンダーユニット（ピストン・シリンダー・ユニット）１のシリンダー２はシリンダー孔１０を備えており、シリンダー孔１０はピストン３をシリンダー孔１０の縦軸線Ｘの方向に往復運動可能に受容しており、つまりシリンダー孔内にピストン３は往復運動可能に自由に案内されている。ピストン３はシリンダー２内にガス支承されている。シリンダー孔１０のシリンダーヘッド２３に形成されたヘッド側の端面壁１２、シリンダー孔１０の内周壁１４及びピストン底部１６は、シリンダー室（シリンダー容積）１８を画成している。シリンダー孔１０のヘッド側の端面壁１２に流入通路２２を開口させてあり、流入通路２２は弁２０を備えている。さらにヘッド側の端面壁１２に流出通路２４を設けてあり、流出通路は適当な弁２６を備えていて、同じくシリンダー孔１０に開口している。
【００１５】
ピストン３の図１で左側への運動に際して、流入通路２２及び流入弁２０を介して流体をシリンダー室１８内に吸い込み、吸い込まれた流体は、ピストン３の右側への運動に際して圧縮された状態で流出弁２６及び流出通路２４を通して吐出される。図示のピストンシリンダーユニット１は、ピストン式作業機械の構成部分であり、ピストン式作業機械によって吐出される流体は、例えば圧縮機若しくはコンプレッサーの場合にガス、つまり気体若しくは空気である。本発明は原理的に、別のピストン式作業機械、例えばポンプにも用いられるものである。
【００１６】
ピストン３は、図１に概略的に示す直動駆動部（リニア駆動部）５の軸線Ｙに沿って振動する軸線方運動可能な駆動部材５０によって駆動されるようになっている。軸線方向運動可能な駆動部材５０は、介してピストン３にピストンロッド４を機械的に結合されている。ピストンロッド４は、軸線方向で非弾性、つまり剛性であり、したがって駆動部材５０の軸線方向力をピストン３に伝達するようになっている。
【００１７】
ピストンロッド４は、駆動部材５０に堅く結合されている。ピストンロッド４はピストン３内に、シリンダー２の縦軸線Ｘの方向、若しくはピストン３の、シリンダーの前記縦軸線と同軸的な縦軸線Ｘ′の方向で移動可能に案内されている。このためにピストンロッド４は、ピストン３の内部でリング状の半径方向支え３１によって支承されており、半径方向支え３１は外周でピストン３に堅く結合されていて、中央に開口部を備えており、該開口部はピストンロッド４を摺動可能に受容しており、つまりピストンロッド４はピストンの中央の開口部を軸線方向移動可能に貫通して案内され、つまり貫通案内されている。
【００１８】
ピストン底部１６には中央に貫通開口部１６′（図２）を設けてあり、該貫通孔内に、ピストンロッド４のピストン側の第１の端部４′を貫通案内してある。ピストン側の第１の端部４′は端面にきのこ形のヘッド４１を備えており、該ヘッドの湾曲した表面はシリンダーヘッド２３に向いている。きのこ形のヘッド４１はピストン底部１６に向いている背面の側に環状の支持面４１′を形成しており、該支持面の外径はピストン底部１６の開口部１６′の直径よりも大きくなっており、その結果、ピストンロッド４は図面で左側への抜け出しを阻止されている。
【００１９】
ピストンロッド４のピストン側の第１の端部４′は、ピストンロッド４の他の部分、つまり残りの部分に対して減少された直径を有している。該直径の部分の周囲にシール４３を配置していてよく、該シールはピストンロッド４のピストン側の第１の端部区分４′を、ピストン底部１６の開口部１６′の内周面に対して密閉している。
【００２０】
ピストン３の内部で半径方向の支承支え３１の領域に弾性的な装置６として、環状の湾曲された皿ばね４４を設けてあり、該皿ばねは外周でピストン３に固定されていて、中央に孔を備えており、該孔はピストンロッド４を受容しており、つまりピストンロッドは皿ばねの中央の孔を貫通して案内されており、この場合に環状の皿ばね４４の内周はピストンロッド４に固定されている。皿ばね４４は図１で左側へ、つまり駆動部材５０に向かって凸面状に湾曲されており、これによって皿ばね４４はピストンロッド４に図１で左側への応力を生ぜしめており、その結果、ピストンロッド４の第１の端部４′のきのこ形のヘッド４１は、該ヘッドの環状の面４１′でもって、ばね４４の応力によってピストン底部１６に接触させられている。
【００２１】
ピストン３を図面で右側へ、つまりシリンダー室１８の容積が最小になる圧縮位置へ運動若しくは移動させると、ピストン底部１６はシリンダーヘッド２３のヘッド側の端面壁１２に接触するようになっている。運動自在な駆動部材５０及びピストンロッド４の質量慣性に基づき、駆動部材５０及びピストンロッド４は、皿ばね４４の力に抗して右側へさらに運動を生ぜしめ、皿ばね４４のばね力によって制動されるようになる。この場合に、ピストンロッド４のピストン側の端部のきのこ形のヘッド４１は、ピストン底部１６から離れて、流出通路２４の、シリンダーヘッド２３のシリンダー室１８の側の開口部の領域に形成された凹設部（切欠き部）２５内へ運動する。これによって、ヘッド側の端面壁１２へのピストン底部１６の衝突の際の衝撃はピストン３の質量に限定され、駆動部材５０及びピストンロッド４の質量は時間的に、ヘッド側の端面壁１２へのピストン底部１６の衝突の後にばね４４によって減衰される。
【００２２】
別の実施例では、ピストンロッド４はピストン３に堅く結合され、つまり相対移動不能に結合されていてよく、この場合にピストンロッド４の相対的に軸線方向移動可能な支承部は駆動部材５０に設けられており、ばね４４によって形成される弾性的な構成要素は、ピストンロッド４と駆動部材５０との間に設けられている。
【００２３】
本発明は、前述の実施例に限定されるものではなく、実施例は本発明の基本思想の説明に用いたものである。本発明の枠内で、本発明に基づく装置は前述の実施例と異なる構成で多様に実施されるものである。この場合に装置は、請求の範囲に記載の各構成を種々に組み合わせて実施されてよいものである。請求の範囲、明細書の説明及び図面で使用してある符号は、発明の理解のために用いたものであり、発明を限定するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の、ピストンの領域に遮断装置を備えた実施例の縦断面図
【図２】図１の実施例の、ピストン底部におけるピストンロッドの貫通案内部の拡大断面図
【符号の説明】
【００２５】
１  ピストンシリンダーユニット、  ２  シリンダー、  ３  ピストン、  ４  ピストンロッド、  ４′，４″  端部、  ５  直動駆動部、  １０  シリンダー孔、  １２  端面壁、  １６  ピストン底部、  １６′  開口部、  １８  シリンダー室、  ２０  弁、  ２２  流入通路、  ２３  シリンダーヘッド、  ２４  流出通路、  ２６  流出弁、  ３１  半径方向支え、  ４１  ヘッド、  ４１′  支持面、  ４４  皿ばね、  ５０  駆動部材
【図１】
2008527271.tif 000003
【図２】
2008527271.tif 000004
【国際調査報告】
2008527271.tif 000005
2008527271.tif 000006
2008527271.tif 000007
2008527271.tif 000008
2008527271.tif 000009
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