Verfahren und Vorrichtung zum Anhalten oder zur Drehzahlminderung eines Druckluftmotors
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren n zum Anhalten oder zur Drehzahlminderung luftge- triebaner Motoren, die mit einem Eimass und einem Auslass für die Antriebsluft versehen sind.
Bei luftgetriebenen Motoren kann. es notwendig sein, die Drehzahl zu verringern und den Motor schnell anzuhalten. Insbesondere ist dies beispiels- weise bei luftgetriebenen Motoren für zahnärztliche Zwecke erforderlich.
Sowohl aus Gründen des praktischen Betriebes als auch aus Gründen der Sicherheit soll der Zahnarzt in der Lage sein, eine schnelle Verringerung der Drehzahl bzw. ein schnelles Anhalten des Motors bei Absperrung der Luftzufuhr herbeizuführen. Auch bei anderen Anwendungsgabieten, beispielsweise bei industrieller Verwendung, ist ein schnelles Anhalten wichtig, beispielsweise um Werkzeuge wie Bohrer und dergleichen ohne unnötige Verzögerung auswechseln zu konnen.
Zur Lösung dieser Aufgabe sind. bereits mechani- sche Bremsen vorgeschlagen worden, welche gleich- zeitig mit dem Abschalten der Druckluft b. etätigt wer- den. Derartige mechanische Bremsen werden in vielen Fällen jedoch leicht beschädigt und erfordern eine erwachung ;. ausserdem können Schleifpartikel eindringen und eine Beschädigung von Lagerungen und anderen leicht zu beschädigenden Teilen verursachen. Ein weiterer Nachteil liegt darin, dass eine mechanische Bremse notwendigerweise viel Platz einnimmt und verhältnismässig schwer ist und somit auch den. Aufbau in nachteiliger Weise schwerer ge staltet.
Bei Turbinen ist es kaum möglich, eine andere alseinemechanische Bremse zu verwenden. Kolbenoder Lamellen-Druckluftmotoren oder ähnliche Motoren lassen sich jedoch mit Anhaltevorrichtungen versehen, welche die vorerwähnten Nachteile nicht aufweisen.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur raschen Drehzahlminderung und zum schnellen Anhalten luftgetriebener Motoren zu schaffen.
Das Verfahren gemäss der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Auslass in der Weise gedrosselt wird, dass der Motor als Kompressor arbeiten muss.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass die Auslassseite des Motors mit einem verstell- baren Drosselventil versehen ist, welches in Abhän gigkeit vom Einlassdruck zu betätigen eingerich tet ist.
Gemäss der Erfindung arbeitet der Motor dann während der Drehzahlminderung : als Kompressor mit geschlossenem Auslass.
Um eine wirkungsvolle Bremsung zu erzielen, ist es angebracht, zusammen mit der Abschaltung des Druckes eine Verbindung der Einlassleitung mit der Aussenluft vorzusehen, damit ein Absaugen von Luft aus der Einlassleitung stattfinden kann und der als Kompressor arbeitende Motor eine ungehinderte Füllung aus unter Atmosphärendruck stehender Luft erhält.
Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung : sind in der Zeichnungdargestellt und im folgenden näher beschrieben. Es zeigen :
Fig. 1 in perspektivischer Darstellung, teilweise im Schnitt, einen luftgetriebenen Motor bekannter Bauart mit kugelförmigen Kolben, die unter Betätigung durch einen Exzenter in radialen Zylindern arbeiten,
Fig. 2 einen Längsschnitt durch das Ende eines erfindiungsgemäss ausgebildeten Druckluftmotors mit der Vorrichtung zum Anhalten und zur Verringerung der Drehzahl und
Fig. 3 eine weitere Ausführungsform dieser Vorrichtung im Schnitt.
In den Fig. 1 und 2 ist mit 1 die Auslasswelle bezeiohnst, deren, äusseres Ende zur Befestigung eines Bohrfutters oder eines anderen, nicht dargestellten Werkzeuges vorgesehen ist. Auf der Auslasswelle 1 sitzt innerhalb des hülsenförmigen Mantels, der sich im wesentlichen aus dem vorderen Mantelabsohnitt 2 und dem über. das Gewinde 3 mit diesem verschraubten hinteren Mantelabschnitt 4 zusammensetzt, d'as topfförmige Teil 6, welches mittels des Halses 5 befestigt und dessen Innenmantelfläcbe mit den Aus- nehmungen 7 versehen ist.
Der Hals 5 und die Aus tasswelle l sind in einem normalen Radialkugellager 8 gelagert, welches dem Verwendungszweck entsprechend im Motorgehäuse befestigt ist. Aus den Fig. 1 und 2 ist ausserdem ersichtlich, dass sich die mittlere, rohrförmige und unbewegliche Welle 9 längs durch den luftgetriebenen Motor erstreckt, wobei zu bemerken ist, dass die Auslasswelle l und. die mitt- lere Welle 9 exzentrisch zueinander angeordnet sind.
Auf der mittleren Welle 9 betfindet sich der hülsenförmige ZylinderMock 10, welcher drehbar , auf dieser gelagert und mit einer Anzahl raidialer Anschlussstücke 11 versehen ist, welche die Zylinder 12 darstellen, an den äusseren Enden vollständig offen und an den inneren Enden kugelförmig aus- gebildet sind. Die Zylinder sind ausserdem mit den auf den Mittelpunkt der Welle 9 zu, gerichteten Öffnungen 13 versehen. Die kugelförmigen Kolben 14, von denen aus Gründen der Deutlichkeit nur einer dargestellt äst, sind in den Zylindern 12 einge- schlossen.
Die mittlere Welle 9 weist ausserdem die Durchgangslöcher 15 auf, welche mit den Offnungen 13 in den Zylindern zusammenwirken, wie es weiter unten erläutert ist.
Ein luftgetriebener Motor dieser Art ist an sich bekannt. Um die Erfindung in ihrer Gesamtheit deutlich zu machen, wird auf Fig. 2 Bezug genommen, aus welcher ersichtlich ist, dass die mittlere Welle 9 mit der sich in Längsnichtung erstreckenden diametralen Trennwandung 16 versehen ist, welche dieWellemdenEinlasskanal17unddenAuslass- kanal 18. unterteilt.
Wie, die Fig. 2 zeigt, weist die Trnnwandung 16 am rückwärtigen Ende der Welle 9 den nach aufwärts gebogenen Abschnitt 19. auf, welcher die Abtrennung der beiden Kanälte vervoll- ständigt. Die in Fig. 1 dargestellten Öffnungen 15 dienen der Verbindung zwischen den betreffenden Kanälen, d. h. zwischen dem Einlasskanal 17 und dem Auslasskanal 18 in der mittleren Welle 9 über die Zylinder 12.
Wenn der Motor angelassen werden soll, so wird dem Einlasskanal 17 aus einer Versorgungsleitung Druckluft zugeführt. Die Luft strömt gemäss Fig. 1 über die. untere Öffnung 15 durch die Öffnung 13 in den unteren Zylinder 12. Der kugelförmige Kol- ben 14 wird in die Ausnehmung 7 gedruclct, wobei durch die exzentrische Anordnung des topfförmigen Teils 6 zum Zylinderblock 10 ein Drehmoment ent- steht, welches sowohl den Zylinderblock 10 als auch das Teil 6 zusammen mit. der Auslasswelle l in Drehung versetzt, wobei die Kolben 14 infolge der exzentrischen Lagerung bei der Rotation eine hin und her gehende Bewegung ausführen.
Wenn sich der Zylinder 12 aus der unteren Stellung in die obere Stellung verdreht hat, kommt die Offnung 13 über die obere Öffnung 15 mit dem Auslasskanal in der mittleren Welle in Verbindung, wobei sich. der kugel- förmige Kolben 14 in seine radial äussere Stellung bewegt hat. Der Vorgang wiederholt sich danach zyklisch ; der Kolben wird nach dem Mittelpunkt zu gedrückt, um sich nach Herstellung der Verbin- dung mit dem Einlasskanal 17 wieder nach aussen zu bewegen.
In dem rückwärtigen Teil 4 des Mantels ist der mit 20 bezeichnete Stützring eingesetzt, an welchem sich der zweite Stiitzring 21 labstützt. Der Stützring 21 bildet. eine Auflage für die ringförmige Membran 22, welche mit ihrem äusseren Rand mittels der stufenförmig abgesetzten Hülse 23 am Stützring 21 befestigt ist. Der innere Rand der Membran 22 n, st dagegen fest mit der Lauf der mittleren Welle 9 , gleitend geführten Hülse 24 verbunden. Zwischen dem Stützring 21 und der Membran 22 befindet sich der Luftspalt 25, welcher über das in dermittleren Welle 9 vorgesehene Luftloch 26 (s. Fig. 2) ständig mit dem Auslasskanal 18 in der mittleren Welle ver bunden ist.
Die Hülse 24 wird normalorweise durch die Schraubenfeder 27 nachgiebig gegen den Stütz- ring 21 gedrückt. Die Feder 27 ist so geeicht, dass der Auslassdruck im Luftspalt 25 durch die Kraft der Fader 27 in einer Stellung ausgeglichen werden kann, welche zur Konstanthaltung der Drehzahl des Motors vorgesehen ist, so dass in keinem Fall ein Überdrehen eintreten kann.
In diesem Zusammeinhang sei darauf hingewie- sen, dass die Hülse 24 am Innenmantel die ring- förmige Ausnehmung 28'aufweist, die zusammen mit den beiden Kanälen 29 und 30, welche die Wandung der mittleren Welle 9 nach dem Einlasskanal 17 zu durchbrechen,. und der. stehengelassenen Rippe 31 der mittleren Welle 9. ein automatisch arbeitendes StabiUsierungsventil bilden, wobei der Einlasskanal
17 in diesem Bereich durch die im wesentlichen halbkreisförmige Trennwandung 32 (Fig. 2) verschlossen wird, welche die Einlassluft im Kanal 17 zwingt, in Pfeilrichtung gemäss Fig. 2 um die Rippe
31 herumzuströmen.
Wenn demzufolge der Auslassduuck im Auslass- kanal 18 steigt, so. drückt die Membran 22 die Hülse 24 in Richtung des rückseitigen Endes des Motors. Damit wird die in der Hülse 24 vorgesehene Ausnehmung 28 ebenfalls in dar Weise verstellt, in der der Luftstrom um die Trennwandung 32 (Fig. 2) im Einlasskanal gedrosselt wird. In Abgängigkeit von der Federcharakteristik wird die Luftzufuhr für den Motor automatisch stabilisiert.
Auf der mittleren Welle 9 ist ausserdem die Buchse 32a gleitend gefuhrt, welche eine Auflage für die federnd ausgebildete ringförmige Ventilscheibe 33 bildet. Diese Ventilscheibe wird durch die axial wirkende Druckfeder 34 nachgiebig in Richtung des rückseitigen Endes des Motors gedrückt. Die Ventilscheibe 33 wirkt am Rande mit der Stirnkante des koaxial angeordneten Zylinders 36 zu sammen, in welchem der Ringkolben 37 relativ zur mittleren Welle 9 und zur Innenwandung des Zylinders 36 gleitend geführt ist. Der Ringkolben 37 weist den Stützring 38 auf, der aus einem Teil mit dem Kolben. gefertigt sein kann. Dieser ist im Zylinder 36 geführt und liegt an der Ventilscheibe 33 an.
Der Ringkolben 37 wird durch den Einlassdruck im Einlasskanal 17 auf das vordere Ende des Motors zu gedrückt, während er sich. an der Ventilscheibe 33. abstützt und unter der Kraft der Feder 34 steht. Zur Bewegung der Buchse 32a ist der Anschlag 39 vorgesehen, der'aus einem Flansch besteht, welcher nach unten aus der Hülse 23 hervorsteht. Des weiteren sei erwähnt, dal3 der Raum zwischen der Ventilschaibe 33 und dem Ringkolbem 37 über das in der mittleren Welle vorgesehene Loch 40 mit dem Auslasskanal 18 verbunden ist.
Die beschriebenen Einzelheiten bilden zusammen 'die Vorrichtung gemäss der Erfindung, wobei darauf hingewiesen sei, dass, un2nn der volle Einlassdruck auf den Ringkolben 37 wirkt, der Ringkolben die Ventilscheibe mit der Buchse 32a zusammenhält, worauf die Buchse fest gegen den Anschlag 39 gedrückt wird.
Dabei wird zwischen der Stirnkante 35 des Zylinders 36 und der Ventilscheibe eine durchgehende Strömungssäule'gebildet, durch welche ! die Auslass- luft aus, strömen kann. Wenn im Gegensatz dazu der Einlassdruck abgeschaltet wird, wird sich die Feder 34 ausdehnen und den Rand der Ventilscheibe 33 fest gegen die Stirnkante 35 des Zylinders zu drücken suchen, so dass dadurch die Verbindung mit der Ausssniuft vollständig unterbrochen wird.
Der Luftmotor hat nunmehr keinen Auslass zur Aussenluft ; die Folge ist, tdass der Motor stattdessen als Kompressor gegen einen ständig steigenden Ge gendruck in der Auslassleitung arbeitet. Wenn eine vollständige Abdichtung zwischen der Ventilscheibe 33 und der Stirnkante 35 des Zylinders 36 erreicht ist, hält der Motor sehr schnell an. Dies bildet die Lösung einer der erfindungsgemässen Aufgaben.
Des weiteren kann festgestellt werden, dass der Öffnungsgrad von der axialen Einstellung der Ventilscheibe 33 zur Stirnkante 35 abhängig wird, so dass eine Ver änderung der Drehzahl des Luftmotors erzielt werden kann, welche von der Grösse des Spaltes zwischen der Ventilscheibe 33 und dem Zylinder 36 abhängt, wobei die Anordnung durch die Einstellung des Arbeitsdruckes für. die Membran 22 auch als Drehzahlregler dient.
Die Abhängigkeit zwischen der Ventilscheibe 33 und der Stirnkante 35 des Zylinders ist in sich kritisch ; aus diesem Grund ist der Zylinder mit dem Gewinde 41 versehen, mittels welchem er zu. der Seheibe eingestellt werden kann. Die Feststellung der eingestellten Lage kann danach auf jede geeignete Weise e erfolgen. Der Zylinder ist in die mit 42 bezeichnete äussere Buchse eingeschraubt, welche wiederum mit der Hülse 23 verschraubt ist. Diese äussere Buchse ist mit dem Schraubenflansch 43 versehen, welcher den schraubenförmigen, schalldämpfenden Auslasskanal 44 für die Luft bildet, welche an der Ventilscheibe 33 vorbeiströmt. Der Auslasskanal wird schliesslich durch den ihn. umgrei- fenden Mantel 45 abgeschlossen.
Die Bauteile 36, 42 und 45 sollten. aneinander zu befestigen sein, nachdem der Zylinder 36 in Stellung gebracht worden ist. Die Einstellung zueinander muss dabei die Be dingung erfüllen, dass man bei Drehung der Buchse und der daran befestigten Bauteile 36 und 42 um einen vorbestimmten Winkel die Möglichkeit einer Regelung zwischen der kleinsten und grössten Dreh- zahl des Motors s erhält, d. h. die genauen Offnungswaiten zwischen der Ventilscheibe 33 und der Stirn- kante 35 des Zylinders.
Es darf noch erwähnt werden, dass die (nicht gezeigte) Druckluft-Versorgungsleitung an dem rück wärtigen Teil des Motors über das vorgeformte Verbindungsstück 46, welches das Einlassrohr 47 aufweist, angeschlossen ist.
Eine gegenüber der Ausführungsform nach den Fig. 1 und 2 abgewandelte Ausfühnungsform ist in Fig. 3 dargestellt.
Der Lufteinlass zur mittleren Welle 49, welche vder zuvor beschriebenen Welle 9 entspricht, ist in Fig. 3 mit 48 bezeichnet. Die mittlere Welle 49 wird durch. die Trennwandung 50 in Längsrichtung in den Einlasskanal 51 und in den Auslasskanal 52 unterteilt. Auf der Welle 49 ist die Buchse 53, welche die Membran 54 trägt, gleitend geführt. Ein Spalt zwischen dem feststehenden Wandungsabschnitt 56 und der Membran 54 ist über die Bohrung 57 mit dem Einlasskanal 51 verbunden.
Die Wandung des Ausslasskanals ist durch die Bohrung 58 unterbrochen, welche in der dargestellt ten, der Bremsstellung entsprechenden Stellung Idurch die Buchse 53 abgadichtet ist ; dies bedeutet, dass die Auslassseite des Motors gegen den atmosphärischen Druck hin abgeschlossen ist und dass der Motor nun- mehr als Kompres. sor, arbeitet.
Wie aus Fig. 3 hervorgeht, ist die zweite Membran 59 fest mit der Buchse 60 verbunden, welche auf der Welle 49 unter Wirkung dos Auslassdruckes durch den Kanal 61 und der Kraft der Druckfeder 62 verschiebbar ist. Diese Anordnung entspricht vollständig der Membran 22 gemäss den Fig. 1 und 2.
Die Anordnung des Reglers vor der Bremse gemäss Fig. 3 bewirkt, dass der gesteuerte Einlassdruck zum Bremsen verwendet wird.