DE2428853A1 - Luftmotor - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen oszillierenden Luftmotor gemäß der deutschen. Patentanmeldung P 22 61 323.6 mit durch Kolbenbewegung hervorgerufener automatischer Umsteuerung eines die.Druckluftzufuhr zum Zylinder zur abwechselnden Beaufschlagung der beiden Seiten des Motorkolbens steuernden Steuerventils, dessen Ventilkolben eine durch eine Mittelöffnung des Motorkolbens geführte Schaltstange aufweist, die über eine jeweils kurz vor dem Hubende des Motorkolbens in Eingriff kommende Mitnehmereinrichtung mit dem Motorkolben verbunden ist, wobei

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die Ventilkolben-Schaltstangen-Einheit mittels einer gegenüber dem Steuerventil axial versetzt im Bereich der Schaltstange angeordneten Umschalteinrichtung in zwei von gehäuseseitigen Endanschlägen bestimmten Rast-. Stellungen kraftschlüssig festlegbar ist, in dem ein beiderseits senkrecht aus der Schaltstanga herausragender Schaltstift in jeder der Raststellungen jeweils an einer Seite einer labilen Totpunktstelle liegt, die von zwei sich gegenüberliegenden, durch zwei Federn.; gegeneinander gedrückten, auf je einer Achse sitzenden Gliedern gebildet wird, wobei die beiden Achsen in in einer Ebene senkrecht zur Schaltstangewerlaufenden Führungsschlitzen geführt sind und bei einer Bewegung der Ventilkolben-Schaltstangen-Einheit von einem der Anschläge weg durch den Schaltstift gegen die Kraft der Feder nach außen bewegbar sind.

Bei dem Luftmotor gemäß der Patentanmeldung P.22 61 323.6 sind die die labile Totpunktstelle bildenden Glieder jeweils auf den Achsen sitzende. Rollenpaare, die durch die Federn in gegenseitige Berührung gedrückt werden. Beim Umschalten wird der an der Schaltstange angebrachte Schaltstift durch die Mitnehmereinrichtung zwischen die miteinander in Berührung stehenden Rollenpaare geführt, bis er sich in der labilen Totpunktstelle zwischen den Rollenpaaren befindet. Aus dieser labilen Lage rastet der Schaltstift durch die Kraft einer in der Mitnehmereinrichtung vorgesehenen Feder in die neue Raststellung ein, womit der Umschaltvorgang .beendet ist.

Das Umschalten geschieht bei dem Luftmotor gemäß der 'Hauptanmeldung schnell und zuverlässig. Es hat sich jedoch gezeigt, daß die Rollbewegung zwischen den gegeneinander gedrückten Rollenpaaren und dem Schaltstift, die eine Reibung und einen Verschleiß verhindern soll, mit

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gewissen Schwierigkeiten behaftet ist. Werden Rollen mit leichtgängigen Lagern verwendet, so findet die die Reibung vermindernde Rollbewegung statt. Solche leichtgängigen Lager sind jedoch nicht robust genug, um bei extremen Belastungen -verwendet zu werden. Werden jedoch für solche Belastungen stärker dimensionierte Lager verwendet, so führen die Rollen keine Rollbewegung mehr aus, was einen starken Abrieb des Schaltstiftes schon nach kurzer Zeit zur Folge hat. Da außerdem der Schaltstift sowohl in den Raststellungen als. auch während des Umschaltvorgangs nur unter Federkraft einseitig an den Rollen anliegt, können auch unkontrollierte Schwingbewegungen der Schaltstange auftreten, die die Arbeitsweise der Umschalteinrichtung unzuverlässiger machen und einen zusätzlichen Verschleiß verursachen.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, den Luftmotor der Hauptanmeldung P 22 61 323.6 so weiterzubilden, daß er auch bei sehr starken Belastungen,, bei denen leichtgängige Lager für die Rollen nicht mehr verwendbar sind, praktisch ohne Verschleiß des Schaltstifts und der Umschalteinrichtung eingesetzt werden kann. Außerdem soll der kinematische Bewegungsablauf des Umschal tvorgangs so verbessert werden, daß keine Schwingungen auftreten und der Umschaltvorgang zuverlässiger abläuft.

Diese Aufgabe wird bei dem oszillierenden Luftmotor der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Glieder· an einem Ende schwenkbar an jeweils einer der Achsen angebrachte Hebelpaare sind, deren'andere Enden schwenkbar an dem Schaltstift angebracht sind.

Diese erfindungsgemäße Weiterbildung des Luftmotors hat dieselben vorteilhaften Eigenschaften, wie sie bereits die in der Hauptanmeldung beschriebene Ausführungsform aufweist. Außerdem ist sie aber auch bei den starken

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Belastungen verwendbar, bei denen in der in der Hauptanmeldung beschriebenen Ausfiihrungsform stark dimensionierte Lager für die Rollen der Umschalteinrichtung erforderlich sind, die deshalb von dem Schaltstift nicht mehr mit Sicherheit in eine Rollbewegung versetzt werden können. Erfindungsgemäß wird der Schaltstift durch die an den Achsen angelenkten Hebelpaaren in den Raststellungen in einer definierten Lage gehalten und während des Umschaltvorganges in einem definierten Bewegungsablauf geführt. Es können daher weder in der Raststellung noch während des Umschaltvorganges unkontrollierte Schwingungen der Schaltstange und damit des Ventilkolbens auftreten. Dadurch wird einer-seits die Funktionssicherheit erhöht und andererseits die mechanische Beanspruchung der Umschalteinrichtung und des Schaltstiftes verringert. Da die Hebel mit engem Paßspiel an dem Schaltstift angelenkt sind, kann keine Kerbschlagwirkung auftreten, wie sie bei bekannten Einrichtungen möglich ist, wenn der Schaltstift mit der Umschalteinrichtung in Eingriff kommt. Insgesamt ist daher der Verschleiß erfindungsgemäß sehr gering. Schließlich weist die Führung des Schaltstiftes durch die Hebelarme noch den Vorteil auf, daß die Kraft der Federn, die an den die Hebel tragenden Achsen angreifen, je nach der Stellung des Schaltstiftes unterschiedlich stark auf diesen einwirkt. In den Raststellungen stehen die Hebel unter einem verhältnismäßig großen Winkel zu den Führungsschlitzen für die die Hebel tragenden Achsen. Eine auf die Schaltstange und damit über den Schaltstift auf die Hebel wirkende Kraft besitzt daher in den Raststellungen nur eine kleine Komponente in Richtung der Führungsschlitze, die die Achsen gegen die Federkraft auseinanderdrückt. Die größere Komponente dieser Kraft wird durch den Rand des FührungsSchlitzes aufgenommen. Je mehr sich der Schaltstift der labilen Totpunktstelle nähert, um so mehr werden die Hebelpaare mit den Führungsschlitzen ausgerichtet, und um so größer wird die auf die Hebel wirkende Kraftkomponente in Richtung der Führungsschlitze, die die

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Achsen gegen die Federkraft auseinanderdrückt. Es ergibt sich somit erfindungsgemäß eine große Rastkraft in den Raststellungen, die sich während des Umschaltvorganges verringert, so daß der Ventilkolben in den Raststellungen sicher festgehalten wird, ohne daß dadurch der Umschaltvorgang erschwert wird.

Im folgenden ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Axialschnitt durch den Luftmotor, gemäß der Erfindung;

Fig. Z im vergrößerten Maßstab die Umschalteinrichtung des Luftmotors der Fig. 1 und

Fig. 3 einen Querschnitt durch diese Umschalteinrichtung.

Der in Fig. 1 dargestellte Luftmotor weist nach außen hin drei Hauptteile auf, nämlich den Zylinder 10, das koaxial an den Zylinder anschließende, verjüngte Gehäuse 12 und den am offenen Zylinderende befestigten Führungskopf 14. In der Zylinderbohrung ist der Kolben 16 angeordnet, der mit einer hohlgebohrten Kolbenstange 18 starr verbunden ist. Die Kolbenstange 18 ist in einer Mittelöffnung 20 des Führungskopfes 14 in axialer Richtung verschiebbar gelagert. Sie ist mit der Kolbenstange eines nicht dargestellten, durch den Motor betriebenen Geräts, beispielsweise einer Pumpe, verschraubt. Dieses Gerät ist an den Führungskopf 14 angeflanscht.

Innerhalb der hohlen Kolbenstange'18 ist eine Schaltstange 22 angeordnet, die in einer Mittelöffnung des Kolbens 16 mittels einer geeignet abgedichteten Führungsschraube 24 in axialer Richtung verschiebbar gelagert ist.

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Am·freien, in Fig. 1 unteren Ende der Schaltstange 22. sitzen auf einem verjüngten Abschnitt 26 derselben zwei Schalthülsen 28 und 30, die in axialer Richtung gegen die Kraft einer dazwischen eingespannten Druckfeder 32 verschiebbar sind. Die Axialverschiebung der Schalt-' hülsen wird einerseits durch den von einem Absatz der Schaltstange gebildeten Anschlag 34 und andererseits durch den von einer auf das Ende der Schaltstange geschraubten Mutter gebildeten Anschlag 36 begrenzt.

Aus der Innenseite der hohlen Kolbenstange 18 ragen zwei Absätze nach innen, und zwar ein von der Führungsschraube 24 gebildeter Absatz 38 innerhalb des Kolbens 16 und ein weiterer Absatz 40 nahe dem vom Kolben entfernten Ende der Kolbenstange 18. An den beiden Absätzen 38 und 40 kommen während der oszillierenden Bewegung des Kolbens die beiden Schalthülsen 28 -und 30 jeweils vorübergehend zur Anlage. Die beiden Schalthülsen 28 und 30, die Druckfeder 32, die beiden Anschläge 34 und 36 sowie die beiden Absätze 38 und 40 bilden zusammen die Mitnehmereinrichtung 42, welche die Kolbenbewegung in die Umschaltbewegung des Steuerventils umsetzt.

Am oberen Ende des Zylinders 10 ist die Umschalteinrichtung 44 für das im Inneren des Gehäuses 12 angeordnete Steuerventil 46 vorgesehen. Wie Fig. 2 deutlicher zeigt, weist die Umschalteinrichtung 44 einen im Zylinder festgelegten Block 48 auf, in welchem zwei radial zur Schaltstange 22 angeordnete Federhülsen 50 und 52 verankert sind. In zwei ebenfalls radial verlaufenden Führungsschlitzen 54 und 56 des Blocks 48 ist je eine senkrecht zu den Längsachsen der Federhülsen 50 verlaufende Achse 58 bzw. 60 radial verschiebbar gelagert. Jede Achse 58 bzw. 60 trägt an ihren Enden

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je zwei Hebel 120. bzv/. 122, die mit Hilfe von Unterlegscheiben 124 und Seegerringen 126 gehalten werden, wie Fig. 3 zeigt, und die um die Achsen 58 bzv/. 60 schwenkbar sind. Die den an den Achsen 58 bzw. 60 angelenkten Enden entgegengesetzten Enden der Hebel.. . 120 bzw. 122 sind schwenkbar an den Enden eines Schaltstifts 70 angelenkt, der an der Schaitstange 22 sitzt und beiderseits senkrecht aus dieser herausragt. Die Achsen 58 und 60 werden durch Federn 66 und 68, die in den Federhülsen 50 und 52 sitzen, gegeneinander gedruckt, so daß der über die Hebel 120 bzw. 122 mit den Achsen 58 bzw. 60 verbundene Schaltstift 70 entweder, wie in Fig. 1 dargestellt, nach oben oder, wie in Fig. 2 dargestellt, nach unten gedrückt wird, wobei die Hebel 120 und 122 unter einem Winkel zueinander stehen. Während des weiter unten zu schildernden Umschaltvorganges wird der Schaltstift 70 zwischen den beiden Achsen 58 und .60 hindurchgezogen, wobei er eine einen labilen Totpunkt darstellende Stelle durchschreitet, in der die beiden Hebel 120 und 122 geradlinig miteinander ausgerichtet sind. Eine in der z.B. in Fig. 2 dargestellten Raststellung in Axialrichtung der Schaltstange 22 wirkende Kraft wird über den Schaltstift 70 auf die Hebel 120 und 122 übertragen. Infolge der abgewinkelten Stellung der Hebel 120 und 122 in bezug auf die Führungsschlitze 54 und 56 werden dabei die Achsen 58 und 60 mit einer großen Kraftkomponente gegen die Wand der Führungsschlitze gedrückt, während nur einen kleine Kraftkomponente die Achsen gegen die Federn 66 und 68 drückt. Der Bewegung der Schaltstange 22 v/ird daher ein verhältnismäßig großer Widerstand entgegengesetzt, der ein sicheres Festhalten der Schaltstange 22 bzw. des mit ihr verbundenen Ventilkolbens in den Raststellungen bewirkt. Ist diese große Rastkraft bei·

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Beginn des Umschaltvorgangs überwunden, so verringert sich im Verlauf der Bewegung der Schaltstange (in Fig. 2 nach oben) der Winkel immer mehr, den die Hebel 120 und 122 mit den Führungsschlitzen 54 und 56 bilden. Die senkrecht zu den Führungsschlitzen verlaufende Komponente der auf die Hebel wirkenden Kraft und damit der der Schaltstange 22 entgegengesetzte Widerstand verringern sich dabei zunehmend, bis die Achsen 58 und 60 in der labilen Totpunktstellung, in der die Hebel 120 und 122 in Richtung der Führungsschlitze 54 und 56 stehen, nur noch gegen die Kraft der Federn 66 und 68 auseinander gedrückt werden. Nach dem Durchtritt durch die labile Totpunktstellung kehrt sich der dynamische Ablauf um, und die Schaltstange 22 wird über die Hebel 120 und 122 mit zunehmender Kraft in die neue Raststellung gebracht.

Das Steuerventil 46 weist ein Ventilgehäuse 74 auf, das durch Trennwände 76, 78, 80 und 81 in fünf Kammern 82, 84, 86, 88 und 89 unterteilt ist. Die Trennwände weisen jeweils einen mittigen Durchbruch auf, in dem sich der am oberen Ende der Schaltstange 22 angebrachte Ventilkolben 90 in axialer Richtung bewegen kann. Der Ventilkolben 90 weist etwa in seiner Mitte eine Einziehung 92 auf, die je nach Stellung des Ventilkolbens eine Verbindung zwischen zwei benachbarten Kammern des Ventilgehäuses herstellt. Die Kammer 84 ist über einen etwa axial verlaufenden Kanal 94, der teilweise in der Wandung des Zylinders 10 verläuft, mit dem unteren Ende des Zylinderinnenraums verbunden. Die Kammer 88 ist über einen ähnlichen Kanal 96 mit dem oberen Ende des Zylinderinnenraums verbunden. Der oberhalb der Einziehung 92 gelegene Abschnitt des Kolbens ist etwas, z.B. um 2 mm, langer als der unterhalb-gelegene Abschnitt. Befindet sich daher der Schaltstift 70 genau in der labilen Totpunktstelle oder kurz darunter, wenn der Motor aus irgendeinem Grund einmal stehen bleiben sollte, so besteht eine Verbindung zwischen den Kammern 82 und 84 und gleichzeitig ist die Kammer geschlossen. Infolgedessen wird der Ventilkolben 90 nach oben und der Schaltstift 70 in seine obere stabile Lage gezogen.

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Am äußeren Ende des Gehäuses 12 ist koaxial zu Schaltstange und Ventilkolben eine Starteinrichtung 98 angeordnet, die einen Druckknopf 100 aufweist, durch dessen Eindrücken ein nach oben ragender Fortsatz 102 des Ventilkolbens 90 nach innen gedrückt werden kann. Dadurch läßt sich der Schaltstift 70 willkürlich in seine untere stabile Lage mit nach unten gegeneinander abgewinkelten Hebeln 120 und 122 verstellen, wodurch der Motor jederzeit wieder in Gang gesetzt werden kann.

Die mittlere Kammer 86 des Ventils steht mit einem nicht gezeigten Abluftstutzen in Verbindung. Ein an eine Druckluftquelle angeschlossener Zuluftstutzen führt in das Gehäuse 12, so daß ein in diesem Gehäuse 12 gebildeter Ringraum 110 stets von Druckluft erfüllt ist. Dieser Ringraum 110 steht einerseits mit der Kammer 89 und andererseits mit der Kammer 82 des Ventils in einer nicht gezeigten Weise in Verbindung.

Der Luftmotor hat folgende Wirkungsweise. Bei der in Fig. 1 dargestellten Stellung seiner Teile strömt Druckluft aus dem Ringraum 110 in die Kammer 89 und von dort durch den geöffneten Durchbruch der Trennwand 81 in die Kammer 88, die über den Kanal 96 mit dem Zylinder in Verbindung steht. Durch die einströmende Druckluft -wird der Kolben im Zylinder nach unten geschoben. Gleichzeitig strömt die im unteren Teil des Zylinders befindliche Luft durch den Kanal 94 in die Kammer 84 ein, die über die Einziehung 92 des Ventilkolbens mit der Kammer und somit mit dem Abluftstutzefi in Verbindung steht. Kurz vor dem Ende der Hubbewegung des Kolbens kommt der Absatz 38 zur Anlage an der Schalthülse 28 und n.immt diese mit. Dadurch wird die Druckfeder 32 solange zusammengedrückt, bis die beiden Schalthülsen 28 und zur gegenseitigen Anlage kommen. IrI diesem Zeitpunkt

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wird die Schaltstange 22 mit nach unten gesogen und der Schaltstift 70 wird bis in seine labile Lage gezogen, in der die Hebel 120 und 122 miteinander ausgerichtet sind und senkrecht zur Schaltstange 22 stehen.-Etwa in diesem Zeitpunkt ist der Kolben am unteren Ende seines Hubes angelangt und gleichzeitig kann die vorgespannte Druckfeder 32 die Kraft der Federn 66 und 68 überwinden, so daß der Schaltstift 70 aus seiner labilen Lage in die in Fig. 2 dargestellte untere stabile Lage springt. Durch das Umschalten des Schaltstiftes 70 in die untere stabile Lage wird der Ventilkolben 90 in seine untere Endlage anliegend an die Dämpfungsscheibe 114 gezogen, während er sich vorher in seiner oberen Endlage anliegend an der Dämpfungsscheibe 116 befand. Durch die Umschaltung des Ventilkolbens wird über die Einziehung 92 eine Verbindung zwischen den Kammern 86 und 88 hergestellt, während die Verbindung zwischen den Kammern 88 und 89 einerseits sowie den Kammern 84 und 86 andererseits unterbrochen wird. Gleichzeitig wird die Kammer 82, die mit dem Ringraum in Verbindung steht, an die Kammer 84 angeschlossen, so daß nunmehr die Zuluft durch den Kanal 94 ins untere Ende des Zylinders einströmt und den Kolben 16 nach oben drückt. Die im oberen Zylinderteil befindliche Luft strömt durch den Kan'al 96, die Kammern 88 und 86 zu dem Abluftstutzen. Kurz vor dem Hubende des Kolbens kommt der Absatz 40 an der unteren Schalthülse 30 zur Anlage und zieht diese unter Vorspannung der Druckfeder 32 bis in die Anlage an der oberen Schalthülse 28. Sodann wird die Schaltstange 22 und somit der Schaltstift 70 mit nach oben genommen, bis sich der Schaltstift 70 in der labilen'Totpunktstelle befindet. In diesem Moment ist der Kolben 16 am oberen Hubende angelangt und die Druckfeder 32 kann gleichzeitig die Kraft der Federn 66 und 68 überwinden, so daß der Schaltstift 70 in die obere stabile Lage springt, die in Fig. 1 dargestellt ist.

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Somit ist wieder der Ausgangspunkt erreicht und der Arbeitszyklus beginnt von neuem.

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Claims (1)

1. Patentanspruch

   Oszillierender Luftmotor mit durch Kolbenbewegung hervorgerufener automatischer Umsteuerung eines die Druckluftzufuhr zum Zylinder zur abwechselnden Beaufschlagung der beiden Seiten des Motorkolbens steuernden Steuerventils, dessen Ventilkolben eine durch eine Mittelöffnung des Motorkolbens geführte Schaltstange aufweist, die über eine jeweils kurz vor dem Hubende des Motorkolbens in Eingriff kommende Mitnehmereinrichtung mit dem Motorkolben verbunden ist, wobei die Ventilkolben-Schaltstangen-Einheit mittels einer gegenüber dem Steuerventil axial versetzt im Bereich der Schalt-'stange angeordneten Umschalteinrichtung in zwei von gehäuseseitigen Endai.schlagen bestimmten Raststellungen kraftschlüssig festlegbar ist, in dem ein beiderseits senkrecht an der Schaltstange herausragender Schaltstift in jeder der Raststellungen jeweils an einer Seite einer labilen Totpunktstelle liegt, die von zwei sich gegenüberliegenden, durch zwei Federn gegeneinandergedrückten, auf je einer Achse sitzenden Gliedern gebildet wird, wobei die beiden Achsen in in einer Ebene senkrecht zur Schaltstange verlaufenden Führungsschlitzen geführt sind und bei einer Bewegung der Ventilkolben-Schaltstangen-Einheit von einem der Anschläge weg durch den Schaltstift gegen die Kraft der Feder nach außen bewegbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Glieder an einem Ende schwenkbar an jeweils einer der Achsen (58 , 60) angebrachte Hebelpaare (120, 122) sind, deren andere Enden schwenkbar an dem Schaltstift (70) angebracht sind.

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