DE3939096A1 - Lamellenlaeufer zur verwendung als motor oder pumpe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Lamellenläufer zur Verwendung als Motor oder Pumpe, der aus einem Gehäuse mit einer Innenkontur, aus einem zylindrischen Rotor mit Längs­ schlitzen, in die radial bewegliche, federgestützte Lamellen eingesetzt sind, und aus seitlichen Gehäuse­ deckeln besteht, bei dem die Gehäusedeckel oder das Gehäuse Öffnungen für den Eintritt und den Austritt eines Betriebs- oder Fördermediums tragen und die Innen­ kontur so gewählt ist, daß sich bei einer Drehung des Rotors ein anwachsendes bzw. abnehmendes Volumen zwischen der Innenkontur, dem Rotor und einer Lamelle ergibt.

Derartige Lamellenläufer sind seit langem bekannt. Mit einer Vielzahl von Stahllamellen werden sie als Ölpumpen eingesetzt, die auch unter dem Namen Zellen­ pumpen bekannt sind. Der Einsatz eines Lamellenläufers für einen Druckluftmotor ist in der Regel dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Gehäuse zwei wechselseitig ansteuer­ bare Einlässe und einen einzigen Auspuff auf der gegenüber­ liegenden Seite aufweist, so daß der Druckluftmotor besonders leicht umsteuerbar ist. Bei der einen Lauf­ richtung wird die eine Hälfte und bei der anderen Lauf­ richtung die andere Hälfte des Gehäuses für die Erzeugung eines Drehmomentes eingesetzt, wobei die jeweils nicht benutzte Hälfte einen stetigen Luftstrom vom Auspuff zu dem nicht beaufschlagten Einlaß erzeugt.

Unabhängig von der Verwendung als Motor oder als Pumpe leidet jeder Lamellenläufer an der Schwäche, daß bei langsamem Lauf kein zuverlässiges Drehmoment bzw. keine zuverlässige Förderleistung erreicht wird, da die Lamellen in ihren Längsschlitzen kleben können und einer gewissen Drehzahl bedürfen, um durch Zentrifugalkräfte zur dichten­ den Anlage mit der Innenkontur des Gehäuses zu kommen. Um diesem Mangel abzuhelfen, ist schon versucht worden, beispielsweise bei Druckluftmotoren die Zuluft unter die Lamellen zu leiten, so daß die einströmende Druckluft die Lamellen bis an die Gehäusekontur vorschiebt. Ab­ weichend davon werden Federn oder Stützringe eingesetzt, die die Lamellen mechanisch nach außen spreizen . Schließ­ lich gibt es bei einer geraden Anzahl von Lamellen, die sich jeweils paarweise gegenüberliegen, mechanische Verbindungen, die bis auf ein geringes Spiel die Lamellen eines Paares nahe der Innenkontur des Gehäuses halten. Die genannten Hilfsmittel zur Sicherstellung des Kontaktes der Lamellen mit der Innenkontur des Gehäuses unter­ liegen entweder starkem Verschleiß, sind bruchanfällig oder sind in ihrer Wirkung nur unzureichend, so daß der Lamellenläufernvon Hause aus anhaftende Mangel eines schlechten Langsamlaufverhaltens nicht beseitigt ist.

Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Lamellenläufer der eingangs genannten Art so zu verbessern, daß bei Verwendung einer Federabstützung eine hohe Zuverlässigkeit erreicht wird, also die Bruchgefahr der Feder weitgehend vermieden wird.

Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung vor, daß der Rotor mit einem zu den Längsschlitzen hin offenen Hohlraum versehen ist, und daß zur Federunterstützung der Lamellen zwischen zwei benachbarten Lamellen eine einzige Blattfeder frei gespannt ist.

Infolge der radialen Anordnung der Lamellen innerhalb des Rotors schließen zwei benachbarte Lamellen zwischen sich einen Winkel ein, der bei vier Lamellen 90° und bei fünf Lamellen 72° beträgt. Die erfindungsgemäß beanspruchte Blattfeder hat nun die Tendenz, diesen Winkel auf 180° zu vergrößern, was jedoch wegen der Führung in den Längsschlitzen unmöglich ist. Als Folge dieser vorgegebenen Gleitbewegung versucht die Feder die Lamellen in die maximale Spreizlage zu bewegen, also einen möglichst großen Abstand zwischen zwei La­ mellen herzustellen. Diese Tendenz ist gleichbedeutend mit einer radial nach außen gerichteten Kraft aus der Blattfeder heraus. Wichtig dabei ist, daß während eines Umlaufes die zwischen zwei Lamellen frei gespannte Blatt­ feder nur äußerst geringe Verformungen erfährt, also die bei einer bevorzugten Ausbildung in einer Längsnut am Grund der Lamellen liegenden Blattfederkanten nur minimal gespreizt und wieder zusammengedrückt werden. Dieser Bewegung ist eine radial gerichtete Ein- und Auswärtsbewegung überlagert, die zur Verformung der Blattfeder nichts beiträgt. Als Folge dieser Verhält­ nisse wird eine wirksame Federwirkung mit äußerster Federschonung verwirklicht.

Es ist ohne weiteres möglich und sogar für einen sym­ metrischen Kraftangriff wünschenswert, daß jede Lamelle von zwei, jeweils den beiden benachbarten Lamellen zugeordneten Blattfedern gestützt ist. Die einzelnen Blattfedern können sogar zu einem einzigen Blattfeder­ körper miteinander verbunden werden, wobei benachbarte Blattfedern durch eine Faltung, Punktschweißung, Steck­ verbindung oder in sonstiger Weise miteinander verbunden sein können.

Zur Verwirklichung des Holhraumes innerhalb des Rotors kann der Rotor dreiteilig ausgebildet sein, wobei zwischen zwei Deckeln jeweils Kreissektoren angebracht sind, zwischen denen sich die Längsschlitze für die Lamellen befinden. Abweichend davon kann der Rotor aus einem korbähnlichen Gebilde und einem Deckel bestehen, wobei das korbähnliche Gebilde einen Deckel und die Kreis­ sektoren in sich vereinigt. Im übrigen wird der Rotor in üblicher Weise mit Hilfe einer Welle angetrieben bzw. die abgegebene Leistung über eine Welle einem Abnehmer zugeführt. Diesbezüglich geht die Erfindung bekannte Wege.

Das von einer Pumpe bekannte Prinzip einer ovalen Innen­ kontur des Gehäuses zur Bildung zweier Arbeitsräume kann auch bei dem erfindungsgemäßen Lamellenläufer verwirklicht werden. Bei der Verwendung eines derartigen Lamellenläufers als Motor ergeben sich hervorragende Langsamlaufeigenschaften, so daß ein in dieser Weise gestalteter Druckluftmotor ohne weiteres für Stell­ aufgaben im Langsamlauf eingesetzt werden kann. Außer­ dem eignet sich diese Bauform für Dosierpumpen, da exakt definierte Volumina pro Umdrehung gefördert werden.

Zur vollen Ausnutzung einer Bauweise mit zwei Arbeits­ räumen müssen zwei Eintritte und zwei Austritte für das Betriebsmedium angesteuert werden, wobei zweckmäßiger­ weise ein einziger Anschluß pro Eintritt und Austritt vorhanden ist. Eine Umsteuerbarkeit kann beispielsweise durch Anordnung eines entsprechenden Ventiles und ent­ sprechender Kanäle in dem einen Gehäusedeckel vorge­ sehen sein. Einzelheiten zu einer derartigen Konstruktion sind der Beschreibung der Ausführungsbeispiele zu entnehmen, die weiter unten noch beschrieben werden.

Eine besonders zweckmäßige Bauweise ergibt sich, wenn bei zwei Arbeitsräumen fünf Lamellen gleichmäßig um den Umfang verteilt sind. Der jeweilige Eintritt des einen Arbeitsraums hat dann von dem Austritt des anderen Arbeitsraumes und umgekehrt einen Abstand, der im wesent­ lichen dem Abstand benachbarter Lamellen entspricht. In dieser Weise gibt es so gut wie keine Leckluft zwischen den beiden Arbeitsräumen, da stets eine Trennung durch eine Lamelle erfolgt. Die Toleranzen zwischen dem Rotor und den engsten Stellen der Innenkontur des Gehäuses können daher relativ großzügig gewählt werden, ohne nennenswert an Leistung zu verlieren.

Ein in dieser Weise gestalteter Lamellenläufer zur Verwendung als Motor erreicht bei baugleichen Abmessungen im Vergleich zu einem herkömmlichen umsteuerbaren Druck­ luftmotor mit vier Lamellen ein annähernd viermal so hohes Drehmoment bei der halben Drehzahl. Damit ist die Eignung für langsame, drehmomentstarke Stellmotoren unter Beweis gestellt.

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung, die in der Zeichnung dargestellt sind, näher erläutert; in der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine schematische Querschnittsansicht durch einen Lamellenläufer gemäß der Erfindung,

Fig. 2 eine Querschnittsansicht durch den Lamellenläufer gemäß der Fig. 1,

Fig. 3 eine Draufsicht auf den einen Gehäusedeckel des Lamellenläufers der Fig. 1 mit externer Umsteuerung,

Fig. 4 eine Querschnittsansicht entlang der Linie IV-IV in der Fig. 3,

Fig. 5 eine Ansicht gemäß Fig. 3 eines weiteren Ausführungsbeispiels mit innerhalb des Gehäusedeckels liegender Umsteuerung und Absperrung und

Fig. 6 eine Querschnittsansicht entlang der Linie VI-VI der Fig. 5.

In der Fig. 1 ist ein Lamellenläufer gemäß der Erfindung wiedergegeben, der herkömmlich aufgebaut ist. Innerhalb eines Gehäuses 1 befindet sich ein Rotor 2, dessen Drehbewegung mit Hilfe einer Welle 3 nach außen geführt ist bzw. von außen bewirkbar ist. In üblicher Weise ist ein Wellendichtring 4 und sind Wälzlager 5 zur Lagerung des Rotors 2 vorhanden. Das Gehäuse 1 ist auf jeder Seite mit Hilfe von Deckeln 6 und 7 ver­ schlossen, wobei sich in dem Deckel 7 Anschlüsse 16 befinden, beispielsweise zum Anschluß von Druckluft­ leitungen oder bei Verwendung einer Pumpe von Öldruck­ leitungen.

Aus der Fig. 2 ist die Gestaltung des Rotors 2 genauer zu erkennen. Entlang seines Umfanges sind in radialer Richtung Schlitze 10 vorhanden, die über die gesamte Länge des Rotors 2 reichen und Lamellen 9 aus einem kunststoffgetränkten Faserwerkstoff aufnehmen. Im Inneren des Rotors 2 befindet sich ein Hohlraum 8, der zu den Längsschlitzen 10 hin offen ist.

Am Grund jeder Lamelle 9 ist eine Längsnut 12 vorgesehen, in die die Kanten von Blattfedern 11 eingesteckt sind, die paarweise zwei benachbarte Lamellen 9 in der Weise stützen, daß sie gegen die Innenkontur des Gehäuses 1 gedrückt werden. Dies ist vorangehend im einzelnen beschrieben worden. Die Blattfedern 11 reichen annähernd über die gesamte Länge des Rotors 2, lediglich die äußeren Randbereiche sind freigelassen, weil sich hier der Boden eines korbartigen Gebildes zur Bildung des Rotors und ein Deckel befinden, die den Rotor 2 jeweils stirnseitig abschließen.

Die Blattfedern 11 sind einfache gehärtete Stahlblätter, die bei unter Kontrolle gehaltenen Lamellen 9 bei abgenommem Deckel des Rotors 2 in die Längsnuten 12 hineingeschoben werden können. Da jeweils zwei Blattfedern in der Längsnut 12 einer Lamelle 9 enden, ist die resultierende Kraft radial nach außen gerichtet, es kommt also zu keiner bevorzugten Anlage der Lamelle 9 innerhalb des jeweiligen Längsschlitzes 10.

Die in den Fig. 1 bis 6 wiedergegebenen Ausführungs­ beispiele umfassen Gehäuse 1, die eine ovale Innenkontur zur Schaffung zweier Arbeitsräume aufweist. Für jeden Arbeitsraum sind zwei Leitungen 14 vorgesehen, von denen die eine den Eintritt und die andere den Austritt des Fördermediums bzw. des Betriesbmediums darstellt. Es versteht sich von selbst, daß die Eintritte und Austritte sich jeweils diametral gegenüberliegen, damit es zu einheitlichen Dreh- bzw. Förderrichtungen kommt. Zur Schaffung weicher Übergänge beim Eintritt und beim Austritt des jeweiligen Mediums sind in dem Gehäuse Taschen 15 angeordnet, die mit den Leitungen 4 Verbindung haben. Ihre Kanten bilden letztlich den Beginn der jeweiligen Arbeitsräume.

In den Fig. 3 und 4 sind die Ansicht und eine Schnittan­ sicht durch einen Gehäusedeckel 7 (Fig. 1) wiedergegeben, der ein Kanalsystem enthält, um jeweils beide Arbeitskammern mit einem einzigen Anschluß 16 für den Zulauf und den Ablauf zu versorgen. In Fortsetzung der Kanäle 14 sind ebenfalls mit 14 bezeichnete Bohrungen vorhanden, die diametral mit Hilfe von Verbindungskanälen 17 und 18 verbunden sind. Im Verlauf jedes Verbindungskanals 17 und 18 befindet sich dann der zugeordnete Anschluß 16, an die zum Beispiel ein Vierwegeventil oder dergleichen zum Absperren und Umsteuern angeschlossen werden kann. Aus der Fig. 4 ist deutlich zu erkennen, daß die Ver­ bindungskanäle 17 und 18 auf unterschiedlichen Niveaus liegen, so daß trotz der Überkreuzlage keine Austausch­ verbindungen zwischen diesen beiden Kanälen 17 und 18 vorhanden ist.

Anhand der Fig. 5 und 6 wird verdeutlicht, wie innerhalb eines aufwendiger gestalteten Gehäusedeckels 7′ auch direkt ein Ventil zum Absperren und Umsteuern des erfindungs­ gemäßen Lamellenläufers beispielsweise bei der Benutzung als Druckluftmotor integriert werden kann. Es sind wiederum ähnliche Bohrungen 14 und Verbindungskanäle 17 und 18 vorhanden, die jedoch nicht direkt mit den Anschlüssen 16 verbunden sind, sondern Verbindung haben mit den Steuerräumen eines Steuerkolbens 22. Der Steuer­ kolben 22 kann in üblicher Weise mit Hilfe von Elektro­ magneten 23 oder mit Hilfe von nicht näher dargestellten Zylindern oder manuell aus der dargestellten Mittelposition in eine rechte oder linke Schaltstellung vorschoben werden. Je nach Stellung gelangt von dem mittleren Anschluß 16, der außerdem mit dem Buchstaben P bezeichnet ist, Druckluft in den Verbindungskanal 17 oder 18, während der jeweils andere Kanal 18 oder 17 über die außenliegenden, benachbarten Kanäle mit dem anderen Anschluß 16 Verbindung bekommen, der mit dem Buchstaben T außerdem bezeichnet ist. In jedem Fall ist also gewährleistet, daß über den einen Anschluß 16 die Druckluft in den Motor gelangt und über den anderen Anschluß 16 wieder verläßt, und zwar unabhängig von der jeweils gewählten Drehrichtung, die von der Stellung des Steuerkolbens 22 abhängt. Diese Art der Absperrung und der Steuerung ist im übrigen bei hydraulischen oder pneumatischen Antrieben üblich, so daß eine weitergehende Erläuterung an dieser Stelle nicht erforderlich ist.

Claims (14)

1. Lamellenläufer zur Verwendung als Motor oder Pumpe, bestehend aus einem Gehäuse mit einer Innenkontur, aus einem zylindrischen Rotor mit Längsschlitzen, in die radial bewegliche, federgestützte Lamellen eingesetzt sind, und aus seitlichen Gehäusedeckeln, bei dem die Gehäusedeckel oder das Gehäuse Öffnungen für den Eintritt und den Austritt eines Betriebs- oder Fördermediums tragen und die Innenkontur so gewählt ist, daß sich bei einer Drehung des Rotors ein Anwachsen bzw. Abnehmen des Volumens zwischen der Innenkontur, dem Rotor und einer Lamelle ergibt, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (2) mit einem zu den Längsschlitzen (10) hin offenen Hohlraum (8) versehen ist, und daß zur Federstützung der Lamellen (9) zwischen zwei benachbarten Lamellen (9) eine einzige Blattfeder (11) frei gespannt ist.

2. Lamellenläufer nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß jede Lamelle (9) von zwei, jeweils den beiden benachbarten Lamellen (9) zugeord­ neten Blattfedern (11) gestützt ist.

3. Lamellenläufer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die den Blattfedern (11) zugeordneten Stirnseiten der Lamellen (9) je­ weils mit einer Längsnut zur Aufnahme der Blattfeder­ kanten versehen sind.

4. Lamellenläufer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (2) aus einem Korb und einem Deckel besteht.

5. Lamellenläufer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß fünf Lamellen (9) vorhanden sind.

6. Lamellenläufer nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß alle Blatt­ federn (11) einen einzigen Federkörper bilden, wobei benachbarte Blattfedern (11) durch eine Faltung, Punktschweißung, Steckverbindung oder dergleichen miteinander verbunden sind.

7. Lamellenläufer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jede Lamelle (9) aus einem kunststoffgetränkten Faserwerkstoff besteht.

8. Lamellenläufer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenkontur des Gehäuses (1) zur Bildung zweier Arbeitsräume oval gestaltet ist.

9. Lamellenläufer nach Anspruch 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß pro Arbeitsraum ein Eintritt und ein Austritt für das Betriebs- oder Fördermedium vorgesehen sind.

10. Lamellenläufer nach Anspruch 9, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Eintritt und der Austritt umsteuerbar sind.

11. Lamellenläufer nach Anspruch 10, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Eintritte und Austritte beider Arbeitsräume paarweise umsteuerbar sind.

12. Lamellenläufer nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Eintritte und die Austritte beider Arbeitsräume innerhalb des einen Gehäusedeckels (7) jeweils miteinander verbunden sind, und daß jeweils nur ein einziger Außenanschluß (16) vorgesehen ist.

13. Lamellenläufer nach Anspruch 12, dadurch ge­ kennzeichnet, daß in dem Gehäusedeckel (7) ein Umsteuer- und Absperrventil (22) enthalten ist.

14. Lamellenläufer nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Eintritt des einen Arbeitsraumes von dem Austritt des anderen Arbeitsraumes und umgekehrt einen Abstand aufweist, der im wesentlichen dem Abstand benachbarter Lamellen (9) entspricht.