DE102007050972B4

DE102007050972B4 - Gasbetriebener Lamellenmotor

Info

Publication number: DE102007050972B4
Application number: DE200710050972
Authority: DE
Inventors: Johannes Volzer
Original assignee: Festo SE and Co KG
Current assignee: Festo SE and Co KG
Priority date: 2007-10-25
Filing date: 2007-10-25
Publication date: 2010-08-19
Anticipated expiration: 2027-10-26
Also published as: DE102007050972A1

Abstract

Gasbetriebener Lamellenmotor, mit einem exzentrisch in einer Arbeitskammer (3) eines Motorgehäuses (2) angeordneten drehangetriebenen Rotor (8), der mehrere zum Hervorrufen seiner Drehbewegung (23) mit einem Antriebsgas beaufschlagbare Antriebslamellen (18) aufweist, wobei diese Antriebslamellen (18) durch das Antriebsgas auch nach radial außen gegen die Mantelfläche (4) der Arbeitskammer (3) druckbar sind, und mit einem Auslass (29) für das Antriebsgas, dem ein Absperrglied (36) zugeordnet ist, das in der Startphase des Lamellenmotors (1) das Öffnen des Auslasses (29) derart steuert, dass sich in der Arbeitskammer (3) ein das Andrücken der Antriebslamellen (18) an die Mantelfläche (4) der Arbeitskammer (3) gewährleistender Gasdruck aufbauen kann, dadurch gekennzeichnet, dass das Absperrglied (36) vom Ventilglied (36a) eines den Ausströmquerschnitt des Auslasses (29) vorgebenden Steuerventils (28) gebildet und durch den sich in der Startphase aufbauenden Gasdruck entgegen einer von Gegenkraft-Erzeugungsmitteln (47) des Steuerventils (28) hervorgerufenen Gegenkraft in eine den maximalen Ausströmquerschnitt definierende Offenstellung bewegbar ist, wobei die...

Description

Die Erfindung betrifft einen gasbetriebenen Lamellenmotor, mit einem exzentrisch in einer Arbeitskammer eines Motorgehäuses angeordneten drehangetriebenen Rotor, der mehrere zum Hervorrufen seiner Drehbewegung mit einem Antriebsgas beaufschlagbare Antriebslamellen aufweist, wobei diese Antriebslamellen durch das Antriebsgas auch nach radial außen gegen die Mantelfläche der Arbeitskammer drückbar sind, und mit einem Auslass für das Antriebsgas, dem ein Absperrglied zugeordnet ist, das in der Startphase des Lamellenmotors das Öffnen des Auslasses derart steuert, dass sich in der Arbeitskammer ein das Andrücken der Antriebslamellen an die Mantelfläche der Arbeitskammer gewährleistender Gasdruck aufbauen kann.
Ein aus der DE 44 21 758 A1 bekannter Lamellenmotor dieser Art wird als Antriebsvorrichtung für einen Gurtstraffer eingesetzt. Das Antriebsgas wird durch einen pyrotechnischen Gasgenerator erzeugt und wirkt auf die Flanken der Antriebslamellen ein, um den Rotor in eine Drehbewegung zu versetzen. Damit die Antriebslamellen ungeachtet der exzentrischen Anordnung des Rotors ständig an der Mantelfläche der Arbeitskammer anliegen können, sind sie in Führungsschlitzen des Ro torkerns radial verschiebbar gelagert. Für das anfängliche Andrücken gegen die Mantelfläche während der Startphase ist das unter die Antriebslamellen geleitete Antriebsgas verantwortlich, sodass auf mechanische Federmittel verzichtet werden kann. Damit sich ein ausreichend hoher Gasdruck aufbauen kann, ist in den Auslass des Lamellenmotors eine als Absperrglied fungierende Berstscheibe eingesetzt, die erst dann zerbricht und den Auslass freigibt, wenn sich in der Arbeitskammer der erforderliche Gasdruck aufgebaut hat. Allerdings kann der Lamellenmotor wegen des Zerstörens der Berstscheibe nur einmalig gestartet werden. Er eignet sich daher nicht für Anwendungen, die wiederkehrende Start- und Stopvorgänge erforderlich machen.
Aus der DE-AS 1223615 ist eine Rotationskolben-Brennkraftmaschine bekannt, deren Rotor über lamellenförmige Dichtleisten verfügt, die durch den Gasdruck der Arbeitskammer nach außen gedrückt werden. Allerdings werden diese Dichtleisten zusätzlich auch durch Federn beaufschlagt. Entsprechendes gilt für die aus der DE 24 54 243 A1 und der DE 40 29 144 A1 bekannten Rotationskolbenmotoren. Ein Nachteil der Federn besteht darin, dass sie eine Verringerung der Rotordurchmesser behindern. Ihre meist unzureichende Führung und ein zu großer Federhub in Relation zur Federlänge begünstigt überdies unerwünschte Federbrüche im Dauerbetrieb.
Aus der DE 25 12 433 A1 ist eine Drehkolbenpumpe bekannt, deren in Schlitzen eines Drehkolbens verschieblich geführte Flügel während des Betriebes der Pumpe durch die Fliehkraft und eine hydraulische Kraft an die Mantelfläche der Pumpenkammer angedrückt werden. Zur Erzeugung der hydraulischen Kraft trägt ein auslassseitig angeordnetes Vorspannventil bei, dessen Absperrglied durch eine Absperrfeder in die Schließstellung vorgespannt ist. Beim Starten der Pumpe öffnet das Vorspannventil erst, nachdem der sich auslassseitig aufbauende Druck einen von der Kraft der Absperrfeder abhängigen Schwellwert erreicht hat. Während des anschließenden Betriebes arbeitet die Pumpe ständig gegen die Schließkraft der Absperrfeder.
Aus der DE 385 562 A ist eine Drehkolbenkraftmaschine bekannt, deren lamellenförmige Arbeitskolben durch Gasdruck nach außen gegen die Mantelfläche des Maschinengehäuses gedrückt werden. Das hierbei zur Beaufschlagung genutzte Gas wird eingangsseitig abgezweigt, wobei ein zuströmseitig angeordnetes Hauptventil erst geöffnet wird, nachdem sich ein ausreichend hoher Druck für die Beaufschlagung der Arbeitskolben aufgebaut hat.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Lamellenmotor zu schaffen, der auch ohne Federbeaufschlagung der Antriebslamellen mehrmalige Start- und Stopvorgänge ermöglicht.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist vorgesehen, dass das Absperrglied vom Ventilglied eines den Ausströmquerschnitt des Auslasses vorgebenden Steuerventils gebildet und durch den sich in der Startphase aufbauenden Gasdruck entgegen einer von Gegenkraft-Erzeugungsmitteln des Steuerventils hervorgerufenen Gegenkraft in eine den maximalen Ausströmquerschnitt definierende Offenstellung bewegbar ist, wobei die Gegenkraft-Erzeugungsmittel zum zeitgesteuerten Öffnen des Auslasses eine über einen Drosselkanal mit der Atmosphäre verbundene Luftkammer enthalten, aus der bei der Öffnungsbewegung des Absperrgliedes gegen den vom Drosselkanal hervorgerufenen Widerstand Luft verdrängt wird.
Wie im Falle der DE 44 21 758 A1 ist hier für den anfänglichen Aufbau eines ausreichend hohen Gasdruckes innerhalb der Arbeitskammer ein dem Auslass zugeordnetes Absperrglied verantwortlich. In Abkehr von dem Stand der Technik handelt es sich hierbei allerdings nicht um eine Berstscheibe, sondern um ein bewegliches Ventilglied eines Steuerventils, das zur Freigabe des maximalen Ausströmquerschnittes in eine Offenstellung bewegbar ist. Für den Aufbau des ausreichend hohen internen Gasdruckes sind Gegenkraft-Erzeugungsmittel des Steuerventils verantwortlich, die erst dann eine Verlagerung des Absperrgliedes in die Offenstellung zulassen, wenn der sich in der Arbeitskammer aufbauende Gasdruck ausreichend hoch ist, um die Antriebslamellen mit der notwendigen Kraft gegen die Mantelfläche der Arbeitskammer zu drücken und so den Start des Motors zu ermöglichen. Nach einem Stop des Lamellenmotors kann das Absperrglied wieder in die Ausgangsstellung zurückkehren, sodass ein neuerlicher Startvorgang möglich ist. Das Startventil ermöglicht also ohne weiteres mehrere Start- und Stopvorgänge ohne Notwendigkeit des Austausches des Absperrgliedes.
Durch die erfindungsgemäße Maßnahme kann auf mechanische Federn zur nach radial außen gerichteten Beaufschlagung der Antriebslamellen verzichtet werden. Folglich kann der Lamellenmotor bei Bedarf mit sehr geringen Motordurchmessern realisiert werden. Es scheiden überdies Funktionsstörungen basierend auf Federbrüchen aus. Auch ohne mechanische Federmittel werden die Antriebslamellen beim Startvorgang ausreichend stark an die Mantelfläche der Arbeitskammer angedrückt, um ein unerwünschtes Vorbeiströmen des Antriebsgases zwischen der Außenseite der Antriebslamellen und der Mantelfläche der Antriebskammer zu verhindern. Ein jederzeit zuverlässiger Startvorgang kann folglich auch ohne Einsatz mechanischer Federmittel gewährleistet werden.
Von Vorteil ist ferner, dass das Antriebsgas beim Ausströmen durch den Auslass keinen nennenswerten Gegendruck aufbaut. Hierzu sind die Gegenkraft-Erzeugungsmittel so ausgebildet, dass sie ein zeitgesteuertes Bewegen des Absperrgliedes in die Offenstellung hervorrufen. Nach einer von der Auslegung der Gegenkraft-Erzeugungsmittel vorgegebenen Startzeit nimmt das Absperrglied die Offenstellung ein und behält diese mit von da ab zumindest größtenteils abgeschalteter Wirkung der Gegenkraft-Erzeugungsmittel bei. Die Gegenkraft-Erzeugungsmittel enthalten zu diesem Zweck eine über einen Drosselkanal mit der Atmosphäre verbundene Luftkammer, aus der bei der Öffnungsbewegung des Absperrgliedes gegen den vom Drosselkanal hervorgerufenen Widerstand Luft verdrängt wird.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.
Die Luftverdrängung aus der Luftkammer geschieht zweckmäßigerweise unmittelbar durch das Absperrglied selbst, indem dieses als bewegliche Begrenzungswand der Luftkammer ausgebildet ist. Ist das Absperrglied in die Offenstellung verdrängt, herrscht in der Luftkammer nurmehr atmosphärischer Druck, der keine Gegenkraft mehr ausübt.
Um das Absperrglied beim Abschalten des Lamellenmotors wieder in die Ausgangsstellung zurückzubewegen, ist zweckmäßigerwei se eine das Absperrglied in Richtung seiner Ausgangsstellung beaufschlagende Rückstellfedereinrichtung vorhanden. In Kombination mit den zeitgesteuert arbeitenden Gegenkraft-Erzeugungsmitteln kann sie allerdings sehr schwach ausgebildet werden, sodass sie keinen nennenswerten Anteil der Gegenkraft liefert und lediglich stark genug ist, um den Rückstellvorgang zu gewährleisten. Es genügt also eine Federstärke der Rückstellfedereinrichtung, die gerade so groß ist, dass die Reibung des Absperrgliedes überwunden werden kann.

Claims

Gasbetriebener Lamellenmotor, mit einem exzentrisch in einer Arbeitskammer (3) eines Motorgehäuses (2) angeordneten drehangetriebenen Rotor (8), der mehrere zum Hervorrufen seiner Drehbewegung (23) mit einem Antriebsgas beaufschlagbare Antriebslamellen (18) aufweist, wobei diese Antriebslamellen (18) durch das Antriebsgas auch nach radial außen gegen die Mantelfläche (4) der Arbeitskammer (3) druckbar sind, und mit einem Auslass (29) für das Antriebsgas, dem ein Absperrglied (36) zugeordnet ist, das in der Startphase des Lamellenmotors (1) das Öffnen des Auslasses (29) derart steuert, dass sich in der Arbeitskammer (3) ein das Andrücken der Antriebslamellen (18) an die Mantelfläche (4) der Arbeitskammer (3) gewährleistender Gasdruck aufbauen kann, dadurch gekennzeichnet, dass das Absperrglied (36) vom Ventilglied (36a) eines den Ausströmquerschnitt des Auslasses (29) vorgebenden Steuerventils (28) gebildet und durch den sich in der Startphase aufbauenden Gasdruck entgegen einer von Gegenkraft-Erzeugungsmitteln (47) des Steuerventils (28) hervorgerufenen Gegenkraft in eine den maximalen Ausströmquerschnitt definierende Offenstellung bewegbar ist, wobei die Gegen kraft-Erzeugungsmittel (47) zum zeitgesteuerten Öffnen des Auslasses (29) eine über einen Drosselkanal (44) mit der Atmosphäre verbundene Luftkammer (39) enthalten, aus der bei der Öffnungsbewegung des Absperrgliedes (36) gegen den vom Drosselkanal (44) hervorgerufenen Widerstand Luft verdrängt wird.
Lamellenmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Absperrglied (36) eine bewegliche Begrenzungswand der Luftkammer (39) bildet, sodass es bei seiner Öffnungsbewegung unmittelbar selbst Luft aus der Luftkammer (39) verdrängt.
Lamellenmotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Absperrglied (36) kolbenartig ausgebildet ist und axial verschiebbar in einem Ventilinnenraum (37) des Steuerventils (28) aufgenommen ist, wobei es diesen Ventilinnenraum (37) axial in zum einen die Luftkammer (39) und zum anderen eine mit der Arbeitskammer (3) verbundene Ausströmkammer (42) unterteilt und wobei seitlich von dem Ventilinnenraum (37) der Auslass (29) abgeht, der so platziert ist, dass er in Abhängigkeit von der Stellung des Absperrgliedes (36) entweder von der Ausströmkammer (42) abgetrennt ist oder über einen mehr oder weniger großen Ausströmquerschnitt mit der Ausströmkammer (42) verbunden ist.
Lamellenmotor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausströmkammer (42) über eine dem Absperrglied (36) axial gegenüberliegende stirnseitige Zuströmöffnung (43) ständig mit der Arbeitskammer (3) verbunden ist.
Lamellenmotor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Absperrglied (36) im drucklosen Zustand der Arbeitskammer (3) an der die Zuströmöffnung (43) aufweisenden Stirnwand (46) des Ventilinnenraumes (37) anliegt.
Lamellenmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch eine Rückstellfedereinrichtung (45), die das Absperrglied (36) entgegen der Richtung seiner Öffnungsbewegung beaufschlagt und beim Abschalten des Lamellenmotors auf Grund des dann in der Arbeitskammer absinkenden Gasdruckes in eine den anschließenden neuerlichen Aufbau eines Gasdruckes in der Arbeitskammer (3) ermöglichende Ausgangsstellung zurückstellt.
Lamellenmotor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgangsstellung eine die Arbeitskammer vom Auslass (29) komplett abtrennende Absperrstellung ist.
Lamellenmotor nach Anspruch 6 oder 7 in Verbindung mit einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückstellfedereinrichtung (45) in der Luftkammer (39) angeordnet ist.
Lamellenmotor nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückstellfedereinrichtung (45) als Schraubendruckfeder ausgebildet ist.
Lamellenmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilgehäuse des Steuerventils (28) vom Motorgehäuse (2) des Lamellenmotors (1) gebildet ist.
Lamellenmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (8) einen bezüglich dem Motorgehäuse (2) drehbar gelagerten Rotorkern (15) aufweist, in dem radiale Führungsschlitze (16) ausgebildet sind, in denen die Antriebslamellen (18) radial verschiebbar gelagert sind, wobei die zwischen der inneren Grundfläche des Führungsschlitzes (16) und der Innenfläche der darin gelagerten Antriebslamelle (18) befindlichen inneren Schlitzabschnitte (32) sämtlicher Führungsschlitze (16) mit einem Einlass (25) für das Antriebsgas verbunden sind, der außerdem mit der Arbeitskammer (3) in Verbindung steht.
Lamellenmotor nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass stirnseitig im Rotorkern (15) eine zur Drehachse des Rotors (8) konzentrische Ringnut (35) ausgebildet ist, die die inneren Schlitzabschnitte (32) sämtlicher Führungsschlitze (16) anschneidet und in die eine gegenüberliegend am Motorgehäuse (2) ausgebildete Zuströmöffnung (34) mündet, die mit dem Einlass (25) verbunden ist.
Lamellenmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass am Motorgehäuse (2) eine Einlass (25) vorhanden ist über den das Antriebsgas, inbesondere Druckluft, zuführbar ist.