DE2161034A1 - Fluegelzellenluftmotor - Google Patents

Description

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Patentanmeldung

der Firma

Gewerkschaft Eisenhütte Westfalia, 4628 Altlünen

Flügelzellenluftmotor

Die Erfindung bezieht sich auf Flügelzellenluftmotore insbesondere für kleine Leistungen. Luftmotore in FlügelZellenbauweise werden üblicherweise in einem Leistungsbereich bis 2 PS verwendet, da die FlügelZellenbauweise innerhalb dieses Bereiches noch wirtschaftlich ist. Bekannte Motoren dieser Art verwenden dreiteilige Stahlgußgehäuse, wobei ein Gehäusemittelteil mit einer durchgehenden, den eigentlichen Arbeitsraum bildenden gehonten Bohrung, auf beiden Stirnseiten durch die Lager aufnehmende Deckelteile begrenzt ist. Der Rotor ist ein zylindrischer Körper mit radialen durchgehenden Schlitzen, in denen die Lamellen federnd radial abgestützt geführt sind. Der Rotor bildet mit der Achse ggfs. ein aus einem einzigen Stück gefertigtes Teil oder weist eine Mittelbohrung auf, in die eine Achse eingesteckt ist. Außenumfang des Rotors und Innenumfang der Lauffläche sind kreisrund, jedoch ist der Rotor innerhalb der zylindrischen Lauffläche des Gehäuses exzentrisch gelagert. In der Wandung des mittleren Gehäuseteiles angeordnete Bohrungen führen Zu- und Abluft in den Arbeitsraum.

Die Bearbeitung der Laufflächen, insbesondere jedoch die Einhaltung feinster Toleranzen ist für die Wirtschaftlichkeit des Motors von ausschlaggebender Bedeutung. Da derartige Motoren im Dauerbetrieb wartungsfrei arbeiten müssen, werden allgemein wartungslose Lager verwendet. Nach erfolgtem Zusammenbau muß der Abstand der Deckel-

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bodenteile voneinander so auf die axiale Länge des zylindrischen Rotorkörpers abgestimmt sein, daß die verbleibenden Spalte einerseits einen freien Lauf gewährleisten, andererseits aber das tJberstromen von Arbeitsluft nicht zulassen. Daher müssen die Paßflächen der Deckel und die entsprechenden Paßflächen des Mittelgehäuses außerordentlich genau bearbeitet werden. Es versteht sich von selbst, daß auch die Lauffläche im mittleren Gehäuseteil sehr fein bearbeitet sein muß, da an dieser die Lamellen gleitend bei hohen Tourenzahlen laufen und stets dichtend anliegen müssen, sowie einen möglichst geringen Verschlieiß aufweisen sollen. Derartige Motoren sind daher im Verhältnis zu ihrer Größe und zu ihrer Leistung ungewöhnlich kostspielig.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, unter Beibehaltung des bewährten allgemeinen Aufbauprinzipes derartiger ETügelzellenluftmotore Wege zu finden, die Herstellungskosten derartiger Luftmotoren bei gleichzeitiger Verbesserung ihrer Leistung und Dauerstandhaftigkeit entscheidend billiger zu gestalten. Eine mechanische Bearbeitung soll nach Möglichkeit vermieden werden. Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe dadurch, daß der den als Kunststoffspritzteil hergestellten Rotor exzentrisch umschließende Arbeitsraum von einer Laufbüchse und die offenen Stirnseiten dieser Laufbüchse abdeckenden Scheiben gebildet wird, von denen wenigstens eine über sich an einem Gehäuseteil abstützenden elastischen Mitteln gegen eine der Stirnseiten der Büchse drückbar ist.

Dabei ergeben sich folgende Vorteile:

Die Verwendung einer einsetzbaren Laufbüchse ermöglicht es, diese ohne spanabhebende Verformung so kalibriert herzustellen, daß einerseits eine saubere innere Lauffläche gebildet wird und andererseits ihre axiale Länge bei einwandfreien planen Stirnflächen den vorgegebenen Bedingungen entspricht.

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Die Herstellung von Scheiben mit wenigstens einer einwandfreien ebenen Fläche ist als Massenteil keine Schwierigkeit und erfordert nur einen geringen Kostenaufwand. Die Laufbuchse an beiden Seiten von derartigen Scheiben abgedeckt, -umschließt nun einen einwandfrei kalibrierten Arbeitsraum. Der zylindrische Rotorkörper als Kunststoff teil gespritzt, weist ganz automatisch und ohne jede Nacharbeit eine einwandfreie Kalibrierung aif, besitzt die erforderlichen sauberen, für die Dichtung erforderlichen Stirnflächen und entsprechende glatte radiale Schlitze, in denen die Lamellen hemmungsfrei geführt werden können. Ein erheblicher Kostenfaktor bei den bekannten Motoren waren die Gehäuseteile. Diese können jedoch nunmehr als gespritzte Kunststoffteile ausgebildet sein, ohne daß der axiale Abstand der Bodenflächen der Deckelteile sich auf die Toleranz des Arbeitsrau-r mes auswirkt, da eine der den Arbeitsraum abschließenden Scheiben stets elastisch an die Stirnwand der Büchse gedrückt wird und somit sich entsprechende Toleranzen des Gehäuses nicht auf die Toleranzen des Arbeitsraumes auswirken können. Die Kunststoffgehäuseteile sind als Massenprodukt in Formen gespritzt und erfordern nur einen minimalen Bruchteil der Kosten der bisher verwendeten, aus Eisen gegossenen Gehäuseteile, die nachgearbeitet werden mußten.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung besteht das aus Kunststoff beispielsweise Hostaform C 9020 gespritzte Gehäuse aus einem topfartigen einstückig gespritzten Kunststoffgehäuseteil, dessen Topfboden eine Aufnahmefassung zur Aufnahme eines Lagers aufweist und dessen Innenwandungen zur einsteckbaren Aufnahme der Laufbuchse eine von der Kreisform abweichende zur Umfangsform der Büchse korrespondierende Form aufweist.

Durch dieses Merkmal der Erfindung kann nunmehr nach Eindrücken des Lagers eine der Scheiben, die die stinrseitige Abdeckung des Arbeitsraumes bilden, eingelegt werden, um dann die Büchse einzuschieben, die durch ihre mit den Gehäuseöffnungskonturen korrespondierende Form drehgesichert ist und wobei diese Konturen das

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paßgenaue Einsetzen der Laufbüchse so sicherstellen, daß die Zu- und AbI auf bohrung en von Gehäuse und Büchse fluchtend angeordnet sind.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung sind die Dicht- und Gleitflächen der Laufbuchse mit einem Gleitlack auf Molybdän-Disulfit Basis behandelt.

Dadurch ergeben sich ungewöhnlich günstige Glexteigenschaften, gegenüber den aus kunststoffgespritzten Lamellenstirnflächen, so daß selbst bei langen Dauerlaufzeiten praktisch kein Verschleiß an der Lauffläche und an den Lamellen auftritt.

| Der Rotor mit Achse wird nunmehr in das Gehäuse eingesteckt und die Lamellen eingeschoben. Nunmehr kann die zweite Scheibe zum Abschluß des Arbeitsrauines auf die Stirnfläche der Laufbüchse gelegt werden.

In dem Deckel ist vorab das Lager mit Dauerlauf eigenschaften eingesetzt worden. Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist die deckelseitige Scheibe gegenüber dem Topfteil des Gehäuses lose zentriert und axial beweglich an den Stirnflächen der Laufbüchse anliegend über elastische Mittel gegenüber dem Deckelteil des Gehäuses abgestützt. Dies erfolgt nach einem weiteren Merkmal der Erfindung durch einen elastischen Rundschnurring, dessen Durchmesser größer ist als der vorgesehene Abstand zwischen der äußeren Fläche der Scheibe und der Bodenfläche des Deckels.

' Der Deckel wird nunmehr mit dem topfartigen Gehäuseteil verschraubt, wobei dies nach einem weiteren Merkmal der Erfindung durch selbstschneidende Schrauben erfolgt.

Es ist bekannt, daß beim Zusammenschrauben von Kunststoffteil en die Einhaltung von Toleranzen schwierig ist, da gewisse lließeigenschaften des Kunststoffes zu Toleranzverschiebungen führen. Bei einem Flügelzellenluftmotor nach der Erfindung spielt dies jedoch keine Rolle. Der elastische Rundschnurring nimmt diese Toleranzen ohne weiteres auf. Der von den beiden Deckelteilen begrenzte

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und von der Laufbuchse umschlossene Arbeitsraum muß daher keine eindeutige in axialer Richtung gegenüber dem Gehäuse festgelegte Position einnehmen. Die Position der Scheibe innerhalb des Gehäuses im Verhältnis zur Position das Lagers kann ohne Schwierigkeiten maßgenau spritztechnisch festgelegt werden. Somit ist auch die Position des Rotors innerhalb des Arbeitsraumes eindeutig festgelegt, ohne daß zusätzliche Toleranzen eine Veränderung der Position bewirken können.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung besteht der Rotor aus einem zylindrisch gespritzen Kunststoffkörper mit eingesetzter Steckachse.

In Ausgestaltung der Erfindung sind die Scheiben und/oder die Laufbuchse Sinterstahlteile, deren Feinkalibrierung durch Schlag- und/oder Preßvorgänge entsteht.

Es ist aber auch ggfs. vorteilhaft, wenigstens die Büchse als Keramikteil herzustellen, ggfs. kann lediglich die Lauffläche von einer Keramikschicht gebildet werden.

Der IFlügelzellenluftmotor nach der Erfindung konnte die Selbstkosten für die Herstellung eines derartigen Motors dadurch so entscheidend senken, daß die in großer Zahl gespritzten Gehäuse- und Läuferteile keinerlei Nacharbeit mehr erfordern und zusätzlich Metallgußteile entscheidend viel teurer sind als entsprechende Kunststoffteile, selbst wenn hochwertiges Material Verwendung findet. Ohne jede Nacharbeit ergibt sich beim Zusammenbau der Teile eine Paögenauigkeit, die bei im Fertigungsvorgang verformten Teilen praktisch nicht erreichbar ist. Der Zusammenbau ist denkbar einfach, da die Teile lediglich nacheinander in das Gehäuse eingeschoben werden und sich somit eine rationell gestaltbare Bandarbeit ergibt, die von lediglich angelerntem Personal durchgeführt werden kann. Es versteht sich von selbst, daß die Gewichtsersparnis

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nicht nur von der Funktion her, sondern auch in bezug, auf "Versandkosten u. dgl. von Vorteil ist. Darüber hinaus ergibt sich aber durch die Gewichtsersparnis beim Rotor eine geringere Lagerbeanspruchung durch geringere Fliehkräfte. Damit erhöht sich die Dauerstandfestigkeit der Lager entscheidend, zumal bekanntlich die Tourenzahlen derartiger Motoren außerordentlich hoch sind. Welche entscheidende Verbilligung die Erfindung bringt, ergibt sich schon allein aus der Überlegung, daß nur noch die Achse ein Drehteil ist, das ohne Schwierigkeiten auf Automaten herstellbar ist, während früher der Rotor aus einem Stück gedreht und gefräst werden mußte. Es entfallen die Honarbeiten und die Bohrarbeiten an dem Gußgehäuse. Es entfällt das Abdrehen der Gehäusestirnwände " und der Deckelteile sowie die Feinbearbeitung der Oberflächen. .Es verbleibt lediglich im Fertigungsvorgang das Erfordernis, in die vorgefertigten Laufbüchsen die Zu- und Abluftlöcher einzubringen. Allein die Fertigung eines herkömmlichen Rotors dürfte die Fertigungskosten des Gesamtmotors nach der Erfindung übersteigen.

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Die Zeichnung zeigt mit

Fig. 1 eine Explosionsdarstellung sämtlicher Einzelteile eines erfindungsgemäßen Flügelzellenluftmotors;

Fig. 2 eine Schnittdarstellung des montierten Motors.

Ein topfartiges Gehäuseteil 1 komplett mit den Ein- und Auslaßöffnungen 2 gespritzt, nimmt in einer Lagerfassung 3 des Bodenteiles 4- ein wartungsfreies Kugellager 5 auf. Eine Ringscheibe genau kalibrierter Dicke und.planer Oberfläche 7 liegt auf den Stirnflächen des Lagers 5 "und der Fassung 3 auf und "begrenzt mit der planen Oberfläche 7 den Arbeitsraum 8, der seitlich von den Laufflächen 9 einer Laufbuchse 10 vorzugsweise aus Keramik oder Sinterstahl gefertigt, begrenzt wird. Die zylindrische Lauffläche 9 kann entweder exzentrisch innerhalb der Büchse 10 angeordnet sein, wenn das Gehäuse 1 eine zentrische Fassung für die Büchse aufweist, oder aber es kann eine zentrische zylindrische Lauffläche aufweisen, v/eiin die Fassung in dem Gehäuse 1 exzentrisch angeordnet ist. Um annähernd gleiche Wandstärken in dem gespritzten Gehäuse 1 au erzielen, ist es vorteilhaft, die Exzentrizität in die Büchse 10 zu verlegen. Die Stirnflächen 11 der Büchse sind in ihrem Abstand genau kalibriert.

In den von der Büchse 10 und der Scheibe 6 begrenzten Raum wird der Rotor 12 eingeschoben,bis der Achsstummel 13 mit seiner Anschlagfläche 14 am Innenring 15 des Kugellagers 5 anliegt. Der Rotor besteht aus einem gespritzten Kunststoffzylinder 16 und einer in diesen eingepreßten Achse 17; Schlitze 18 dienen der Aufnahme von Federn 19 und Lamellen 20, die in die Schlitze eiri{^e£3ohoben werden.

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Eine zweite Scheibe 6 wird nun auf die Stirnfläche 11 der Büchse 10 gelegt.

Vor Aufsetzen des Deckelteiles 21, das ebenfalls in Kunststoff gespritzt ist, wird in die Dichtung 22 und ein weiteres Lager 5 eingesetzt und in eine Ringnut 23 ein elastischer Schnurring 24-od. dgl. eingelegt. Nun wird über selbstschneidende Schrauben 25 das Deckelteil 21 mit dem Gehäuseteil 1 verschraubt. Das elastische Teil 24- ist so bemessen, daß im verschraubten Zustand dieses einen elastischen Andruck auf die Scheibe 6 ausübt und diese somit gegen die Stirnfläche 11 der Büchse 10 drückt. Die

* Begrenzungsmaße des Arbeitsraumes 8 sind daher in axialer Richtung eindeutig durch das kalibrierte Längenmaß der Büchse 10 bestimmt. Da das Längenmaß des zylindrischen Rotorteiles 16 beim Spritzvorgang außerordentlich genau ausfällt, sind die Toleranzen zwischen Arbeitsraum und zylindrischem Rotorteil ungewöhnlich gering.

Die Lager 5 sind mit Dauerschmierfett versehen und in bekannter Weise gegenüber dem Arbeitsraum 8 abgedichtet. Zum Anschluß des Rotors an das anzutreibende Gerät ist der Achsstummel 26 mit einer Keilnut 29 versehen, in die ein Keil 28 eingelegt wird, der von einem Sprengring 27 gehalten ist.
Die Büchae 10 weist am Außenumfang Nuten, Leisten 31 od. dgl.

fe auf, die mit entsprechenden Konturen an der Innenwandung des Gehäuses 1 korrespondieren, um eine Drehsicherung herbeizuführen.

Selbst wenn die das Gehäuse bildenden Kunststoffteile 1, 21 durch beliebige Einwirkungen Formveränderungen erleiden sollten, bleibt der Motor in seiner Funktion unverändert. Das Gehäuse kann selbst erheblichen Schlag- und Stoßbeanspruchungen ausgesetzt sein, ohne daß Störungen zu erwarten sind. Das Gesamtgewicht des Motors ist entscheidend geringer als herkömmliche Typen, die Lagerbeanspruchungen sind geringer, die Fliehkräfte sind geringer u. dgl. mehr.

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Alle Teile sind für die Massenfertigung geeignet und bedürfen keiner Nacharbeit mehr. Die Montage ist denkbar einfach und daher in kürzester Durchlaufzeit möglich.

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Claims (8)

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   Flügelzellenluftmotor, insbesondere für kleine Leistungen, dadurch gekennzeichnet , daß der den als Kunststoffspritzteil hergestellten Rotor (12) exzentrisch umschließende Arbeitsraum (8) von einer Laufbüchse (10) und die offenen Stirnseiten dieser Laufbuchse (10) abdeckenden Scheiben (6) gebildet wird, von denen wenigstens eine über sich an einem Gehäuseteil (Deckel 21) abstützenden elastischen Mitteln (elastischer Ring 23) gegen eine der Stirnseiten (11) " der Laufbüchse (10) drückbar ist.
2. 2. Flügelzellenluftmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das aus Kunststoff beispielsweise Hostaform G 9020 gespritzte Gehäuse (1, 21) aus einem topfartigen einstückig gespritzten Kunststoffgehäuseteil (1), dessen Topfboden (4) eine Aufnahmefassung (3) zur Aufnahme eines Lagers (5) aufweist und dessen Innenwandungen zur einsteckbaren Aufnahme der Laufbuchse (10) eine von der Kreisform abweichende, zur Umfangsform der Büchse korrespondierende Form aufweist, besteht.
3. 3. Flügelzellenluf tmotor nach einem oder mehreren der Ansprüche

   1 bis 2, dadurch gekennze ic h η e t , daß die Dicht- und Gleitflächen (9) der Laufbüchse (10) mit einem Gleitlack auf Molybdän-Disulfit-Basis behandelt sind.
4. 4. Flügelzellenluf tmotor nach einem oder mehreren der Ansprüche

   1 bis 3j dadurch gekennzeichnet, daß die deckelseitige Scheibe (6) gegenüber dem Topfteil (1) des Gehäuses lose zentriert und axial beweglich an den Stirnflächen (11) der Laufbüchse anliegend über elastische Mittel (24) gegenüber dem Deckelteil (21) des Gehäuses abgestützt ist.

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5. 5· Flügelzellenluftmotor nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der elastische Rundschnurring (24) einen größeren Durchmesser aufweist, als der vorgesehene Abstand zwischen der äußeren Fläche der Scheibe (6) und der Bodenfläche des Dekkels (21).
6. 6. Flügelzellenluftmotor nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor aus einem zylindrisch gespritzten Kunststoffkörper (16) mit eingesetzter Steckachse (17) besteht..
7. 7· Flügelzellenluftmotor nach einem oder mehresn der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheiben (6) und/oder die Laufbuchse (10) Sinterstahlteile sind, deren Feinkalibrierung durch Schlag- und/ oder Preßvorgänge entsteht.
8. 8. Flügelzellenluftmotor nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens die Büchse (10) als Keramikteil hergestellt ist, bzw. die Lauffläche (9) von einer Keramikschicht gebildet wird.

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