DE4132187A1 - Luftmotor - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Luftmotor, insbesondere einen Luftmotor, der als Antriebseinheit für pneumati­ sche Werkzeuge verwendet wird.

Ein Luftmotor wird gewöhnlicherweise dazu benutzt, um drehende Werkzeuge wie Schleifmaschinen und Bohrmaschi­ nen zum Schleifen und Schneiden unterschiedlichster Ma­ terialarten anzutreiben, da der Luftmotor insbesondere für leichte Arbeit geeignet ist und sehr sicher ist. Der Luftmotor umfaßt verschiedenste Arten, von denen die Propeller- und Turbinentypen gebräuchlich sind.

Beim Flügel- bzw. Propellermotortyp wird das Drehmoment erzeugt, wenn der Luftdruck auf das benachbarte Flügel­ paar, das radial verschiebbar auf einer Rotor wirkt, der exzentrisch in einem Gehäuse angeordnet ist, einwirkt. Beim Typ des Turbinenmotors wird, wie allgemein bekannt ist, das Drehmoment durch das Einblasen von Luft in eine Turbine erzeugt.

Der Motor des Drehflügeltyps kann jedoch nicht kompakt und leichtgewichtig ausgebildet werden, weil er eine Vielzahl von Einzelteilen benötigt und hohe Be- und Ver­ arbeitungsgenauigkeit erfordert, obwohl er einen hohen Wirkungsgrad aufweist.

Der Motor des Turbinentyps hat unterdessen den Nachteil, daß er ein nicht ausreichendes Drehmoment aufweist und daß es schwierig ist, schnell die Geschwindigkeit zu erhöhen, die durch den Betrieb vermindert wurde, und das Drehmoment aufrechtzuerhalten, obwohl der Aufbau des Motors einfach ist und eine hohe Geschwindigkeit er­ reicht werden kann. Das bedeutet, daß diese Motoren Vor­ teile und Nachteile haben. Aus diesem Grunde ist ein Luftmotor des Hochgeschwindigkeitstyps bisher noch nicht geschaffen worden, der einen kompakten Aufbau und ein geringes Gewicht aufweist und auf leichte Weise ein er­ forderliches Drehmoment erzeugt.

Es ist deshalb eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen Luftmotor des Hochgeschwindigkeitstyps zu schaf­ fen, mit dem auf einfache Weise ein erforderliches Dreh­ moment erzeugt werden kann und der einen einfachen Auf­ bau hat, um das oben dargelegte Erfordernis zu lösen.

Zur Lösung der obigen Aufgabe umfaßt der Luftmotor gemäß der vorliegenden Erfindung eine Luftkammer, um Druckluft in einen Rotor zu leiten, der auf einer Drehwelle befe­ stigt ist, ein sich in tangentialer Richtung des Rotors auf der äußeren Peripherie des Rotor öffnendes Strahlloch, wobei das Strahlloch komprimierte Luft aus­ stößt, um ein Drehmoment auf den Rotor durch den Gegen­ druck der komprimierten Luft zu erzeugen, wobei ein Luft­ vorrat sowohl mit der Luftkammer als auch dem Strahlloch an einer geeigneten Stelle im Rotor verbunden ist.

Die komprimierte Luft strömt in die Luftkammer vom Strahlloch durch den Luftvorrat, wobei das Drehmoment durch den Gegendruck der hineinströmenden komprimierten Luft erzeugt wird. Obwohl die Rotorgeschwindigkeit mo­ mentan abnimmt, wenn die Belastung des Luftmotors zu­ nimmt, nimmt die verminderte Rotorgeschwindigkeit un­ mittelbar darauf zu, da eine große Menge komprimierter Luft im Luftvorrat kontinuierlich durch das Strahlloch des Rotors hindurchzuströmen veranlaßt wird. Aus diesem Grunde geht die Ausgangsleistung nicht plötzlich zurück, selbst wenn die Belastung plötzlich zunimmt.

Obwohl der Motor gemäß der vorliegenden Erfindung einen einfachen Aufbau hat, ist er kompakt, leichtgewichtig und erzeugt auf einfache Weise das erforderliche Dreh­ moment, wobei dieser Motor vom Typ des Hochgeschwindig­ keitsmotors ist. Das bedeutet, daß, obwohl die Rotorge­ schwindigkeit momentan abnimmt, wenn die Belastung des Luftmotors zunimmt, die Geschwindigkeit unmittelbar durch die Energie der komprimierten Luft in der Luft­ kammer und im Luftvorrat wieder zurückerreicht wird. Aus diesem Grunde kann fortwährend eine hohe Ausgangslei­ stung erhalten werden.

Darüber hinaus können die Kosten zur Herstellung des Luftmotors vermindert werden, da der Motor aus Harz oder Kunststoff hergestellt werden kann, der Motor einfach zusammengebaut werden kann, da er eine geringe Zahl von Teilen aufweist, und der Motor sich schnell entsprechend der Änderung der Belastung, die auf sich drehende Werk­ zeuge ausgeübt wird, anpaßt, da er einen einfachen Auf­ bau aufweist.

Zusätzliche Aufgaben und Vorteile der Erfindung werden in der nachfolgenden Beschreibung erwähnt und sind aus der Beschreibung im einzelnen ersichtlich oder können durch Umgang mit der Erfindung in Erfahrung gebracht werden. Die Aufgaben und die Vorteile der Erfindung kön­ nen verwirklicht und erreicht werden durch die Appara­ turen und Kombinationen, die insbesondere in den bei­ gefügten Ansprüchen dargelegt sind.

Die beigefügten schematischen Zeichnungen, die einen Teil der Beschreibung bilden, stellen gegenwärtig bevor­ zugte Ausführungsformen der Erfindung dar und dienen zusammen mit der vorangehend aufgeführten allgemeinen Beschreibung und der ins Einzelne gehenden Beschreibung der nachfolgenden bevorzugten Ausführungsformen zur Er­ klärung der erfindungsgemäßen Prinzipien.

Darin zeigen:

Fig. 1 eine Ansicht im Längsquerschnitt eines dre­ henden Werkzeuges, das den Luftmotor gemäß der Erfindung verwendet,

Fig. 2 in der Seitenansicht einen Rotor des Luftmo­ tors von Fig.

Fig. 3 einen Querschnitt des Vorderteils des Rotors von Fig. 2,

Fig. 4 einen Querschnitt des Hinterteils des Rotors von Fig. 2,

Fig. 5 eine Ansicht längs der Linie V-V von Fig. 3,

Fig. 6 eine Ansicht längs der Li-nie IV-IV von Fig. 4,

Fig. 7 eine Ansicht im Schnitt wie die von Fig. 1 eines drehenden Werkzeugs, das den Luftmotor einer weiteren Ausführungsform verwendet und

Fig. 8 eine Ansicht im Schnitt längs der Linie VIII- VIII von Fig. 7.

In Fig. 1 ist eine Ausführungsform eines Luftmotors ge­ mäß der vorliegenden Erfindung dargestellt, die als An­ triebseinheit eines pneumatischen Handwerkzeugs benutzt wird und eine Ansicht im Längsschnitt des pneumatischen Werkzeugs 10 darstellt. In der folgenden Beschreibung wird die Seite, wo das Schleif- oder Schneidwerkzeug am pneumatischen Werkzeug 10 befestigt wird, als Vorder­ teil, Vorderoberfläche und Vorderende bezeichnet, und die Seite für die Zuführung komprimierter Luft wird als Hinterteil. Hinteroberfläche oder Hinterende bezeichnet.

Das Bezugszeichen 12 bezeichnet das getreppte zylindri­ sche Vordergehäuse des Werkzeugs 10. Das Vordergehäuse hat einen Abschnitt 13 mit vermindertem Durchmesser, in dem eine Drehwelle 20 durch Lager 16 und 17 drehbar auf­ genommen wird. Das Endteil 21 der Drehwelle ist in Form eines Spannfutters ausgebildet, wobei ein Schleifwerk­ zeug, beispielsweise in Form eines Luftschleifers (nicht dargestellt), von Drehwerkzeugen in das Spannfutter 21 eingesetzt und mittels einer Schraube 22 befestigt wer­ den kann, so daß das Schleifwerkzeug auf der Drehwelle 20 befestigt werden kann. Das Bezugszeichen 24 zeigt eine Vorderhülle oder Vorderkappe, um das Ende der Drehwelle 20 zu bedecken. Die Bezugszeichen 26 und 27 bezeichnen Durchgangslöcher, die sich durch das Teil 13 mit dem kleinen Durchmesser und durch die Drehwelle 20 in Radiusrichtung hindurch erstrecken, um einen Verrie­ gelungsstab aufzunehmen, um eine Drehung der Drehwelle 20 zu verhindern, wenn die Mutter 22 befestigt wird. Ein Drucklufteinlaßkanal 28 ist am hinteren Endteil der Dreh­ welle in axialer Richtung ausgebildet.

Ein Teil 14 mit großem Durchmesser am hinteren Teil des Gehäuses 12 weist ein Innengewinde 15 am inneren Hin­ terende auf. Das Vorderteil 31 mit einem Durchmesser eines hinteren Gehäuses 30 mit einem Hinterendendurch­ messer, der kleiner als der Vorderteildurchmesser ist, ist an der inneren Außenfläche des Teils 14 mit großem Durchmesser befestigt, wobei ein Außengewinde 42 einer hinteren Abdeckung oder Kappe 40, die ein Innengewinde 41 und ein Außengewinde 42 auf den inneren und äußeren Außenflächen des Vorderteils aufweist, auf das Innenge­ winde 15 des Vordergehäuses unter Einschluß eines O-Rin­ ges 44 geschraubt wird, der zwischen dem Vordergehäuse 12 und der Abdeckung bzw. Kappe 40 eingesetzt wird. Das Vorderende 43 der Abdeckung bzw. Kappe 40 wird durch das Hinterende eines Sperrabschnitts 32 vertikal zur Achs­ linie berührt, um das Hintergehäuse im Teil 14 mit dem großen Durchmesser des Vordergehäuses zu sichern. Somit wird eine Rotorkammer 49 durch das Teil 14 mit dem gro­ ßen Durchmesser des Frontgehäuses und dem Vorderab­ schnitt 31 mit dem großen Durchmesser des Hintergehäuses 30 gebildet, wobei ein Rotor 50 eines Luftmotors in der Rotorkammer 49 angeordnet ist.

Der Rotor 50 umfaßt im wesentlichen eine Drehwelle 20 und den Rotorkörper 53, der am Hinterteil der Drehwelle 20 befestigt ist. Eine Luftkammer 51, zu der Luft zugeführt wird, ist im Rotorkörper 53 definiert, und ein Strahlloch 52, das mit der Luftkammer 51 verbunden ist, ist am äußeren Umfang des Drehkörpers 53 ausgebildet.

Der Rotor 50 wird normalerweise mit einem Geschwindig­ keitsregler ausgerüstet, um eine zu hohe Drehung zu ver­ hindern und eine geeignete Drehgeschwindigkeit aufrecht­ zuhalten. Der Geschwindigkeitsregler bei der hier be­ schriebenen Ausführungsform umfaßt eine Vielzahl von Durchgangslöchern 54, die sich radial im Rotorkörper 53 erstrecken, und eine Mehrzahl an verformbaren Kugeln 55, die verschiebbar in jedem der Durchgangslöcher 54 ange­ ordnet sind, steuert die Drehgeschwindigkeit des Rotors 50 durch Steuerung der Durchflußmenge der komprimierten Luft, die durch die Luftkammer 51 durch Verformung der Kugeln 55 strömt, welche sich in radialen Richtungen in Abhängigkeit der Zentrifugalkraft bewegen.

Zusätzlich zum vorgenannten Geschwindigkeitsregler, kann der sogenannten Schmetterlingsgewichttyp, der in der japanischen Gebrauchsmusterveröffentlichung Nr. 35 23 885 offenbart ist, ebenfalls verwendet werden, der die Öffnung eines Geschwindigkeitsregelventils durch Drehung eines Gewichts, das in einem Rahmen direkt mit dem Rotor verbunden ist, gemäß der Zentrifugalkraft nach außen steuert.

Nachfolgend wird der Aufbau des Rotorkörpers gemäß den Fig. 2 bis 6 beschrieben. Der in Fig. 2 dargestellte Rotorkörper 53 umfaßt die folgenden zwei Teile. Ein kon­ kaves Vorderteil 56 gemäß Fig. 3 und ein konvexes Hin­ terteil 57 gemäß Fig. 4. Wenn beide Teile miteinander verbunden werden, ist die Luftkammer 51 ringförmig aus­ gebildet, wie es in Fig. 1 dargestellt. Am kreisförmigen Hinterende des Vorderteils 56, erstrecken sich, wie in Fig. 5 dargestellt, vier gebogene Rippen 58 vom inneren Umfang zum äußeren Umfang des kreisringförmigen Hinter­ endes und sind punktsymmetrisch ausgebildet, wobei die Anfangs- und Endpunkte benachbarter Rippen 58 geringfü­ gig überlappt sind und eine Nut 59 zwischen Punkten ge­ bildet wird. Die Nute 59 wird im Strahlloch 52 ausgebil­ det, wenn das Vorderteil 56 und das Hinterteil 57 mit­ einander verbunden werden, wie es in Fig. 2 dargestellt ist. Wie aus Fig. 5 ersichtlich ist, ist ein Raum 59a an der äußeren Außenfläche der gekrümmten Rippe 58 vor­ gesehen und demzufolge ist die Nut 59 in Form einer kreisringförmigen Nut 59 b ausgebildet, wenn beide Teile 56 und 57 miteinander verbunden werden.

Wenigstens zwei Rippen 58 sollen ausreichend sein, um punktsymmetrisch angeordnet zu sein, wobei es vorteil­ haft ist, die Rippen sich so lang wie möglich erstrecken zu lassen, so daß die Menge an komprimierter Luft (was weiter unten noch ausgeführt wird, besser aufbewahrt werden kann. Es ist vorteilhaft, die Nut 59 derart fest­ zulegen, das sie mit größerer Genauigkeit parallel mit der Tangente des äußeren Umfanges des Rotors ist, da dadurch das Drehmoment des Rotors 50 zunimmt.

Wie in Fig. 5 dargestellt ist, ist ein ungefähr halb­ mondförmig geformter Raum zwischen der Luftkammer 51 und den gekrümmten Vorsprüngen 58 gebildet, der als Luft­ vorrat 60 dient. Das bedeutet, daß der annähernd halb­ mondförmig geformte Luftvorrat 60, der an der Innenseite des Vorsprungs 58 ausgebildet ist, und die ungefähr halb­ mondförmig ausgebildete Kreisumfangsnut 59 an der Außen­ seite der Rippe 58 ausgebildet ist, wenn die Teile 56 und 57 miteinander verbunden sind. Die Verbindung zwi­ schen dem Luftvorrat 60 und der Mut 58 ist gekrümmt, so daß komprimierte Luft gleichförmig strömt. Die Anzahl der Luftvorräte 16 muß nicht notwendigerweise gleich der Anzahl der Nuten oder der Anzahl der Strahllöcher 52 sein.

Bezugsziffer 61 bezeichnet in Fig. 5 eine Wand zur Be­ grenzung der Bewegung der Kugel 55 in ihrer Richtung radial auswärts, die in der Nähe des Ausgangspunktes der inneren Oberfläche der gekrümmten Rippe 58 angeordnet ist, so daß sie das radiale außenseitige Ende eines Durchgangslochs 54 bedeckt. Bezugsziffer 62 bezeichnet eine schmale Rippe, die sich rückwärts von der Vorder­ endfläche der gekrümmten Rippe 58 erstreckt, um sowohl die Teile 56 als auch 57 miteinander zu verbinden, wobei Be­ zugsziffer 65 eine Buchse bezeichnet, um das Vorderteil 56 auf der Drehwelle 20 zu befestigen.

Das Hinterteil 57 ist, wie vorangehend erwähnt, derart ausgebildet, das es eine Luftkammer 51 zwischen den bei­ den Teilen 56 und 57 bildet, wenn das Hinterteil im kon­ kaven Vorderteil 56 befestigt ist. Vier Durchgangslöcher 54 erstrecken sich durch das Hinterteil 57, wobei jedes Loch 54 mit der Luftkammer 51 am äußeren Ende in Ver­ bindung steht und dem Einlaßkanal 28 der Drehwelle 20 am inneren Ende. Jedes der Durchgangslöcher 54 nimmt eine verformbare Gummikugel 55 auf, die eine gewisse Masse und einen Durchmesser aufweist, der geringfügig kleiner als der Innendurchmesser des Durchgangsloches 54 ist, so daß die Kugel sich frei bewegen kann. Für die Kugel kön­ nen verschiedene Arten elastischer Materialien anstelle von Gummi verwendet werden. Durch die Bestimmung des poissonschen Verhältnisses (Verhältnis der Auslenkung in der Richtung orthogonal zur Zentrifugalrichtung zu Kom­ pressionen in Zentrifugalrichtung) der Kugel, kann, be­ vor ein elastisches Material ausgewählt wird, das Sperr­ bzw. Drosselverhältnis des Durchgangsloches 54 geändert werden. Aus diesem Grunde kann der beabsichtigte Zweck nicht nur durch den Durchmesser der Kugel sondern auch durch ihre Eigenschaften erhalten werden.

Die Bezugsziffer 63 in den Fig. 4 und 5 bezeichnet eine gekrümmte Nut entsprechend der schmalen Rippe 62. Wenn die Nut und die Rippe miteinander verbunden sind, ist das Vorderteil 56 in das Hinterteil 57 integriert.

Die Bezugsziffer 66 in der Fig. 2 bezeichnet einen O- Ring für die Abdichtung des Spaltes zwischen dem Vorder­ teil 56 und dem Hinterteil 57.

Nachfolgend wird das Druckluftventilsystem von Fig. 1 beschrieben.

Eine Ventilaußenbuchse ist 70 am äußeren Durchmesser des Hinterteils 33 mit dem kleinen Durchmesser des Hinter­ gehäuses 30 verschiebbar befestigt und eine Ventilinnen­ buchse 72 mit einem Druckluftversorgungsanschluß 71, das sich durch diese hindurch erstreckt, ist in der Ventil­ außenbuchse 70 befestigt.

Die Ventilaußenbuchse 70 kann in axialer Richtung bewegt werden (Horizontalrichtung in Fig. 1), und zwar durch Drehung des Außengewindes 73, das am äußeren Umfang des Vorderteils der Ventilaußenbuchse 70 angeordnet ist, gegenüber der Abdeckung bzw. Kappe 40. Wenn die Ventil­ außenbuchse 70 von Fig. 2 maximal zurückgezogen wird, wird der O-Ring 36, der in der kreisringförmigen Nut, die an der sich verjüngenden Oberfläche 35 am Hinterende des Hinterteils mit dem kleinen Durchmesser des Hinter­ gehäuses 30 angeordnet ist, vom Ventilsitz 37 entfernt, der am Vorderende der Ventilinnenbuchse 72 als umgekehrt verjüngte Oberfläche ausgebildet ist, um den Strömungs­ kanal (74) in den Ventilinnenzylinder 72 zu öffnen.

Ein Luftschlauch 75 für die Zuführung von Luft wird an den Luftzufuhranschluß 71 der Ventilinnenbuchse 72 unter Sicherung mittels eines Schlauchbandes 76 angeschlossen, wobei ein Absaugschlauch 77 mit dem hinteren offenen Ende der Ventilaußenbuchse 70 durch Umschließung des Luftschlauches 75 verbunden ist. Die Luft, die sich in der Rotorkammer 49 ausgedehnt hat, strömt in den Absaug­ schlauch 77 durch ein Absaugloch 79, das in der Ventil­ außenbuchse 70 parallel mit der Achse des Zylinders aus­ gebildet ist, von einem Absaugloch 37, das im Begren­ zungsteil 32 des hinteren Gehäuses 30 ausgebildet ist.

Die Bezugsziffer 81 bezeichnet eine Bremsstange, die mit der Ventilfunktion gekoppelt ist, und die Bezugsziffer 82 bezeichnet eine Bremsscheibe, die an der hinteren Oberfläche des Hinterteils 57 befestigt ist. Die Brems­ einrichtung des Rotors 15 umfaßt die beiden vorgenannten Teile.

Die Funktionen dieser Ausführungsform werden nachfolgend beschrieben:
Wenn das Luftventil von Fig. 1 geöffnet ist, wird kom­ primierte Luft zum Rotorkörper vom Einlaßkanal 28 in die Rotorwelle 20 geführt und erreicht die Luftkammer 51 durch jedes der Durchgangslöcher 54, fließt dann durch den Luftvorrat 61 und wird in die Rotorkammer 49 vom Strahlloch 52 eingeblasen. Wenn die komprimierte Luft strahlt bzw. strömt, wird durch ihren Gegendruck ein Drehmoment im Rotorkörper 53 erzeugt, um den Rotor 50 in Drehung zu versetzen.

Da die komprimierte Luft, die vom Strahlloch 52 einge­ blasen wird, nicht unmittelbar ausströmt und sich ver­ teilt, vielmehr längs der kreisringförmigen Nut 59b strömt, die am Ende des Strahlloches 52 von Fig. 2 aus­ gebildet wird, erhöht sie das Drehmoment des Rotorteils 53.

Die komprimierte Luft, die in die Rotorkammer 59 hin­ einströmt, wird vom Absaugloch 59 abgesogen.

Wenn eine große Zentrifugalkraft auf die Kugel 55 wirkt, die im Durchgangsloch 54 eingeschlossen ist, wird dank der Drehung des Rotorkörpers 53 die Kugel 55 in radialer Auswärtsrichtung bewegt. Aus diesem Grunde berührt die Kugel 55, wenn keine Belastung oder lediglich eine ge­ ringe Belastung auf das Drehwerkzeug 10 ausgeübt wird, die Steuerwand 61 und wird durch den Gegendruck in Rich­ tung orthogonal zur Zentrifugalrichtung verformt, um den Druckluftkanal zu verengen und die Durchflußleistung der komprimierten Luft zu vermindern.

Unterdessen nimmt, wenn die Belastung auf das Drehwerk­ zeug 10 zunimmt, die Geschwindigkeit des Rotorkörpers 53 augenblicklich ab, wobei aber die kinetische Energie der komprimierten Luft, die in unterhalb von der Kugel 55 liegender Stellung verbleibt, zum Drehmoment des Rotor­ körpers beiträgt. Bei dieser Ausgestaltung nimmt die momentan verminderte Geschwindigkeit schnell wieder zu, da eine große Menge an komprimierter Luft in der Luft­ kammer 51 und im Luftvorrat 60 gespeichert ist, die kon­ tinuierlich vom Strahlloch hineinströmt.

Somit nimmt, da die Zentrifugalkraft, die auf die Kugel 55 einwirkt, abnimmt, wenn die Geschwindigkeit des Ro­ torkörpers 53 abnimmt, die Verformung der Kugel 55 und des Querschnittbereiches des Durchgangsloches 54 ab und die zugeführte Menge an komprimierter Luft nimmt zu, anders als unter der Bedingung bei keiner Belastung.

Demzufolge wird die Geschwindigkeit des Rotorkörpers 53 erhöht.

Aus diesem Grunde wird, da die Geschwindigkeit und das Drehmoment des Rotorkörpers 53 sich gemäß der Belastung des Drehwerkzeugs 10 ändert, eine große Ausgangsleistung erreicht, ohne daß die Ausgangsleistung plötzlich ab­ nimmt, sogar wenn die Belastung plötzlich zunimmt.

Um unterdessen das Drehwerkzeug 10 anzuhalten, wird die Ventilaußenbuchse 70 verschoben, um den Strömungskanal 74 zu schließen und die Zufuhr komprimierter Luft zu dessen Antrieb zu unterbrechen. In diesem Falle rückt die Bremsstange 81, die mit der Ventilaußenbuchse 70 verbunden ist, vor und drückt auf die Bremsscheibe 81, um sie zu bremsen. Demzufolge wird die Drehung des Ro­ tors 50 augenblicklich beendet.

Nachfolgend wird ein Luftdrehwerkzeug, das einen Luftmo­ tor nach einer anderen Ausführungsform verwendet, unter Bezugnahme auf die Fig. 7 und 8 beschrieben. Fig. 7 stellt einen Querschnitt längs der Linie VII-VII von Fig. 8 dar und Fig. 8 stellt eine Ansicht im Querschnitt längs der Linie VIII-VIII von Fig. 7 dar.

ln Fig. 7 bezeichnet die Bezugsziffer 112 ein abgestuf­ tes zylindrisches Vordergehäuse, in dem eine Drehwelle 120 in Lagern 116 und 117 im Vorderteil 113 aufgenommen wird, wobei ein Schleif- oder Schneideinsatz an der Dreh­ welle 120 befestigt werden kann. Die Drehwelle 120 weist ein Ende 121 auf, das in Anpassung an ein Spannwerkzeug zum Festspannen eines (nicht dargestellten) Schleifteils für Drehwerkzeuge, wie eines Luftschleifers, ausgebildet ist, und zu dessen Befestigung mit einer Mutter 122.

Die Bezugsziffer 124 bezeichnet eine Vorderhülse bzw. Kappe zur Abdeckung des Endes der Drehwelle 120, wobei die Bezugsziffern 126 und 127 Durchgangslöcher bezeich­ nen, die sich durch das Vordergehäuse 112 und die Dreh­ welle 120 in Richtung des Radius hindurcherstrecken, zur Aufnahme einer Stange, um eine Drehung der Drehwelle 120 zu verhindern, wenn die Mutter 122 angezogen wird.

Ein Teil 114 mit großem Durchmesser am hinteren Ende des Vordergehäuses 112 ist innen hohl ausgebildet und ein Vorderteil 131 mit großem Durchmesser eines abgestuftes zylindrischen Hintergehäuses 130 wird an die Innenseite des Vordergehäuses 112 geschraubt. Eine Turbinenkammer 133 mit großem Durchmesser ist im hinteren Gehäuse 130 ausgebildet und ein Turbinenrotor 160, auf den noch später eingegangen wird, ist auf die Drehwelle 120 in der Turbinenkammer 133 aufgeschraubt.

Druckluftkanäle 136 und 137 sind am Hinterteil 132 mit kleinem Durchmesser des hinteren Gehäuses 130 ausgebil­ det, ein Luftschlauch 138, der mittels eines Schlauch­ bandes 139 gesichert ist, ist mit dem Hinterende 136a des Kanals 136 verbunden, das Vorderende 137a des Ka­ nals 137 öffnet sich in den Abschnitt 131 mit großem Durchmesser des Hintergehäuses 130 und die anderen Enden 136b und 137b der Kanäle 136 und 137 öffnen sich zum äußeren Umfang des Teils 132 mit kleinem Durchmesser durch Ausrichtung der Kanäle 136 und 137 in radialer Richtung am mittleren Teil des hinteren Gehäuses 130.

Das Teil 132 mit kleinem Durchmesser des hinteren Ge­ häuses 130 ist luftdicht in einer Ventilinnenbuchse 140 befestigt.

Die Ventilinnenbuchse 140 ist derart angeordnet, daß sie sich um 180° um die Achse des hinteren Gehäuses 130 drehen kann. Auf der Seitenwand der Buchse 140 ist ein Durchgangsloch 142 mit kleinem Durchmesser in der Stel­ lung ausgebildet, daß diese eine Öffnung 136b, die in Radiusrichtung ausgebildet ist, bekleidet, und die mit einem Kanal 136 verbunden ist und ein Durchgangsloch 143 mit einem Durchmesser, der geringfügig größer als der des Durchgangsloches 142 ist, ist in einer Stellung symmetrisch zur Achse des Durchgangsloches 142 und des Hintergehäuses 130 ausgebildet. In Fig. 7 sind die Ka­ näle 136 und 137 nicht verbunden. Wenn jedoch der Ven­ tilinnenzylinder 140 um 180° relativ zum hinteren Ge­ häuse 130 gedreht wird, wird jede der in Radiusrichtung ausgerichteten Öffnungen 136b und 137b, die mit den Kanälen 136 und 137 verbunden sind, dem Durchgangsloch 134 mit großem Durchmesser zugekehrt. Der Drehwinkel des Ventilinnenzylinders 140 relativ zum Gehäuse 130 ist auf 180° durch Eingriff des Stiftes 135, der im Vorderteil 131 mit großem Durchmessers des hinteren Gehäuses 130 mit dem halbkreisförmigen Schlitz ausgebildet ist, be­ grenzt.

Die Bezugsziffer 144 bezeichnet einen O-Ring zur Abdich­ tung des Durchgangsloches 142, das auf dem Ventilinnen­ zylinder 140 ausgebildet ist. Die Bezugsziffern 146 und 147 bezeichnet O-Ringe zur Abdichtung der gleitenden Oberfläche zwischen hinterem Gehäuse 130 und Ventilin­ nenzylinder 140, während die Bezugsziffer 148 einen Be­ grenzungsring bezeichnet, mit dem ein Entfernen des Ven­ tilinnenzylinders 140 verhindert wird.

Der Ventilinnenzylinder 140 ist auf dem inneren Außen­ umfang des hinteren Teils 152, das auf dem Teil mit klei­ nem Durchmessers des Ventilaußenzylinders 150 ausgebildet ist, befestigt. Das Vorderteil 151 mit großem Durchmesser des Ventilaußenzylinders 150 ist an der Außenoberfläche des Teils 131 mit großem Durchmesser über den O-Ring 154 befestigt und der Ventilaußenzylin­ der 150 kann bis zu weniger als 180° zum hinteren Ge­ häuse 130 verdreht werden.

Ein Absaugschlauch 155, der den Luftschlauch 138 um­ schließt, ist mit dem hinteren offenen Ende des Teils 152 mit kleinem Durchmessers des Ventilaußenzylinders 150 verbunden, wobei die zugeführte komprimierte Luft durch die Kanäle 136 und 137, Turbinenkammer 133, Absaug­ loch 134, das am Teil 131 mit großem Durchmesser des hinteren Gehäuses 130 ausgebildet ist, Absaugloch 156, das am Ventilauslaßzylinder 150 parallel mit der Zen­ tralachsenlinie des Ventilaußenzylinders 150 ausgebildet ist, und Absaugschlauch 150 strömt.

Beim Turbinenrotor 160 ist ein Turbinenblatt 174 oder ein Führungsring, der eine Mehrzahl von Blättern umfaßt, auf dem Umfang einer Hauptwelle 162 zusammen mit einem Ring 172 für die wirksame Unterbrechung der Bewegung einer Kugel 170, was noch später ausgeführt wird, ange­ ordnet, und eine Mutter 176 ist auf das Vorderteil 163 mit kleinem Durchmesser der Hauptwelle 162 geschraubt, um das Turbinenblatt 174 und den Ring 172 am Hinterteil 164 mit großem Durchmesser der Hauptwelle 162 zu si­ chern. Zusätzlich ist das Vorderteil 163 mit kleinem Durchmesser der Hauptwelle 162 auf der Drehwelle 162 festgeschraubt.

Wie aus Fig. 8 ersichtlich ist, ist ein Druckluftein­ laßkanal 166 im Hinterteil 164 mit großem Durchmesser der Hauptwelle 162 in Axialrichtung angeordnet und vier radial ausgebildete Kugelgehäusekammern 168, die mit dem Einlaßkanal 166 verbunden sind, und deren um Radiusrich­ tung gerichtetes Außenende in Radiusrichtung offen ist.

Eine verformbare Gummikugel 170, die eine erforderliche Masse und einen Durchmesser, der geringfügig kleiner als der des Innendurchmessers der Kugelgehäusekammern 168 aufweist, ist verschiebbar in jeder der Kugelgehäuse­ kammern 168 angeordnet. Die Kugel 170 kann nicht nur aus Gummi, sondern auch aus den verschiedensten Arten ela­ stischer Materialien bestehen.

Durch Bestimmung des Verhältnisses von Auslenkung in Richtung orthogonal zur Zentrifugalrichtung zur Kompres­ sion in Zentrifugalrichtung der Kugel 170, d. h. ihres poissonschen Verhältnisses, so daß die Kugel sich nicht unnötigerweise vor der Auswahl ihres elastischen Mate­ rials dreht, kann das Drossel- bzw. Dämpfungsverhältnis eines Kanals, was später erläutert wird, der Kugelge­ häusekammer 168 geändert werden. Aus diesem Grunde kann die Menge an komprimierter Luft, die durch die Kugelge­ häusekammer 168 hindurchgeht, nicht lediglich durch den Durchmesser der Kugel, sondern auch durch ihre Eigen­ schaften gesteuert werden. Das Steuerteil 173, welches die Kugel 170 berührt, wenn sie sich in Zentrifugalrich­ tung bewegt, ist an der inneren Oberfläche des Ringes 172 angeordnet, das der Kugelgehäusekammer 168 zugekehrt ist.

Aus diesem Grunde kann die Kugel 170, die sich in Zen­ trifugalrichtung bewegt, durch das Steuerstück 173 wirk­ sam verformt werden.

Bei jeder Kugelgehäusekammer 168, deren radiales äußeres Ende offen ist, ist das zentrifugale Ende mit einer stromlinienförmig geformten Luftführungsnut verbunden, die am Turbinenblatt 174 ausgebildet ist. Die Bezugs­ ziffern 177 und 178 bezeichnen O-Ringe zur Abdichtung der Luftführungsnut 175.

Nachfolgend wird die Funktion des Luftmotors dieser Aus­ führungsform beschrieben: Wenn die Ventilausgangsbuchse 150 um das Teil 132 mit kleinem Durchmesser des hinteren Gehäuses 130 unter der Bedingung, wie sie in Fig. 7 dargestellt wird, halb he­ rumgedreht wird, ist die Innenbuchse 140, die an der inneren Oberfläche der Ventilaußenbuchse befestigt ist, ebenfalls halb verdreht. Aus diesem Grunde ist der Kanal 136 mit dem Kanal 137 durch das Durchgangsloch 143 ver­ bunden und die komprimierte Antriebsluft wird dem Tur­ binenrotor 160 zugeführt.

Die zugeführte komprimierte Luft strömt schnell durch die stromlinienförmige Luftführungsnut 175 hindurch, die am Turbinenblatt 174 ausgebildet ist, durch jede der Kugelgehäusekammern 168 vom Einlaßkanal 166 her und wird in die Turbinenkammer 133 entladen, um ein Drehmoment der Hauptwelle 162 zu erzeugen. Das Drehmoment wird auf das Drehwerkzeug übertragen, das durch die Drehwelle 20 verbunden ist.

Wenn eine große Zentrifugalkraft auf die Kugel 170 wirkt, die in der Kugelgehäusekammer 168 gemäß der Dre­ hung des Turbinenrotors einwirkt, wird die Kugel 170 in Zentrifugalrichtung bewegt. Aus diesem Grunde berührt die Kugel 170 die innere konkave Oberfläche des Steuer­ stückes 173, wenn das Drehwerkzeug nicht oder nur gering belastet wird. In diesem Fall wird die Kugel 170 in Rich­ tung orthogonal zur Zentrifugalrichtung durch den Druck der inneren Oberfläche des Steuerstückes 173 verformt, um den Spalt des Druckluftkanals zwischen der inneren Oberfläche der Kugelgehäusekammer 168 und der Oberfläche der Kugel 170 zu vermindern und die Durchflußleistung der Druckluft zu vermindern.

Dann, wenn die Belastung des Drehwerkzeuges zunimmt, nimmt die Geschwindigkeit des Turbinenmotors augenblick­ lich ab. Da jedoch die Zentrifugalkraft, die auf die Kugel 170 wirkt, abnimmt, wenn die Geschwindigkeit des Turbinenrotors 160 abnimmt, nimmt die Verformung der Kugel 170 ab und der Querschnittsbereich des Kanals der Ballgehäusekammer 168 ebenfalls und die zugeführte Menge an Druckluft nimmt zu, um den Turbinenrotor 160 zu be­ schleunigen. Aus diesem Grunde ändert sich die Geschwin­ digkeit des Turbinenrotors 168 entsprechend der auf das pneumatische Werkzeug einwirkenden Belastung, so daß die erforderliche Geschwindigkeit und eine hohe Ausgangs­ leistung ohne Abnahme der Ausgangsleistung und einer niedrigen Geschwindigkeit erreicht werden kann.

Das pneumatische Werkzeug wird durch eine halbe Verdre­ hung des Ventilaußenzylinders 150 um das Teil 152 mit dem kleinen Durchmesser des hinteren Gehäuses 130 ange­ halten, indem der Kanal 136 vom Kanal 137 abgekoppelt wird und somit die Zufuhr von Druckantriebsluft, wie in Fig. 7 dargestellt, unterbrochen wird. Der Turbinenrotor 160 kann jedoch noch schneller angehalten werden, indem ein Bremsschuh in der Turbinenkammer 133 angeordnet wird, der gegen die Turbinenhauptwelle 162 gedrückt wird.

Die vorgenannte Steuerung des Luftmotors für ein pneu­ matisches Werkzeug steuert die Durchflußleistung der Druckluft, die dem Turbinenblatt mittels der Verformung der Kugel zugeführt wird, die sich in zentrifugaler oder zentripetaler Richtung in Abhängigkeit der Größe der Zentrifugalkraft bewegt. Aus diesem Grunde kann die Ge­ schwindigkeit der Drehwelle des pneumatischen Werkzeugs mittels eines einfachen Mechanismus innerhalb des nor­ malen Bereiches durch Öffnung oder Schließung des Kanals gemäß der Kugelbewegung aufrechterhalten werden, ohne daß ein System für die Übertragung der Verformung eines Teils, das mit der Zentrifugalkraft beaufschlagt wird, zu einer Steuereinrichtung oder einem individuellen Steu­ ersystem benötigt wird.

Zusätzlich dazu ist es vorteilhaft, weil der Luftmotor lediglich eine geringe Anzahl von Einzelteilen aufweist, das dieser sehr einfach aufgebaut werden kann und Stö­ rungen selten auftreten, die Herstellungskosten niedrig sind und dieser schnell auf eine Änderung der Belastung reagiert, die auf ein Drehwerkzeug ausgeübt werden, und zwar aufgrund seines einfachen Aufbaus.

Zusätzliche Vorteile und Abwandlungen sind für den auf diesem Gebiete tätigen Fachmann ohne weiteres ersicht­ lich. Aus diesem Grunde ist die Erfindung in ihren wei­ teren Gesichtspunkten nicht auf die speziellen Einzel­ heiten und charakteristischen Einrichtungen, die hier dargestellt und beschrieben sind, beschränkt. Demgemäß können die verschiedensten Abwandlungen hergestellt wer­ den, ohne daß vom Wesen und Sinn des allgemeinen erfin­ derischen Konzepts, wie es durch die beigefügten An­ sprüche und ihre Äquivalente dargestellt wird, abgegan­ gen wird.

Claims (11)

1. Luftmotor zur Verwendung in einem pneumatischen Werk­ zeug 10, gekennzeichnet durch ein Gehäuse (12, 30), welches einen Luftzuführungskanal (74), der mit einer Druckluftversorgungsquelle verbunden ist, und einen da­ rin ausgebildeten Rotorraum (49) enthält, einen Rotor (50), der im Rotorraum (49) eingeschlossen ist, mit ei­ ner Drehwelle (20), die drehbar im Gehäuse (18, 30) auf­ genommen wird, und einen Drehkörper (53), der an seiner Außenfläche eine Mehrzahl von Luftausstoßdüsen (52) auf­ weist und auf der Drehwelle (20) angeordnet ist und zu­ sammen mit der Drehwelle (20) dreht, wobei der Drehkör­ per (53) eine Mehrzahl sich radial erstreckender Kanäle (54) aufweist, deren radiale Innenenden mit dem Luftzu­ führungskanal (74) verbunden sind, und einer ringförmigen Luftkammer (51), die mit den radialen Au­ ßenenden der Kanäle (54) verbunden ist, und schließlich eine Mehrzahl von Luftvorräten (60), die außerhalb der ringförmigen Luftkammer (51) angeordnet sind und zwi­ schen der Achse der sich radial erstreckenden Kanäle (54) angeordnet sind und mit der ringförmigen Luftkammer (51) und den Luftausstoßdüsen (52) verbunden sind.

2. Luftmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotorkörper (53) ein Vorderteil (56) mit einer zylindrischen Wand aufweist, dessen eines Ende in Achs­ richtung offen ist, und ein Hinterteil (57), das von dem einen Ende her eingesetzt wird und eine ringförmige Luft­ kammer (51) zwischen dem Hinter- und Vorderteil bildet, daß jeder der Luftvorräte (50) einen Vorsprung (Ansatz) mit halbmondförmigem Querschnitt aufweist, der auf der äußeren Wand ausgebildet ist und daß der in Radiusrich­ tung weisende Kanal (54) sich in das Hinterteil (57) erstreckt.

3. Luftmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Wand des Vorderteils (54) eine Mehrzahl von gekrümmten Rippen (58) aufweist, die von der Öff­ nungsseite hervorragen und deren eines Ende in Radius­ richtung zum anderen Ende außen, angeordnet ist, wobei die Luftaustrittsdüse (52) durch ein Ende der Rippe (58) und dem anderen Ende der Rippe (58), benachbart zum ober­ en konvexen Streifen (Vorsprung, Rippe) gebildet wird.

4. Luftmotor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die gekrümmte Rippe (58) eine Führungsnut (59) zur Führung der Luft bildet, die aus der Luftaustrittsdüse (52) in tangentialer Richtung aus dem Rotorkörper (53) ausgestoßen wird.

5. Luftmotor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal (54) in Radiusrichtung des Hinterteils (57) ein Durchflußleistungssteuerteil (55) zur Steuerung der Durchflußleistung in Abhängigkeit der Drehgeschwin­ digkeit des Drehkörpers (53) aufweist.

6. Luftmotor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die gekrümmte Rippe (58) einen schmalen Streifen (62) aufweist, der sich annähernd längs der Rippe er­ streckt, wobei das Hinterteil (57) eine Nut (63) zur Aufnahme des schmalen Streifens (62) aufweist, wenn das Hinterteil (57) mit dem Vorderteil (56) zusammengesetzt wird.

7. Geschwindigkeitssteuerung für eine Luftturbine zur Verwendung bei pneumatischen Werkzeugen, umfassend ein Gehäuse (112, 132), das Luftzuführungskanäle (136, 137) aufweist, die mit einer Druckluftversorgungsquelle und einer darin ausgebildeten Turbinenkammer verbunden sind, einen Turbinenrotor (160), der in der Turbinenkammer (49) angeordnet ist, wobei der Turbinenrotor (160) eine Drehwelle (120) aufweist, die im Gehäuse (12, 30) dreh­ bar aufgenommen wird, sowie ein auf der Drehwelle (120) angeordnetes Teil (164) mit großem Durchmesser, das da­ rauf kreisumfangförmig befestigt einen Führungsring (174) aufweist, um eine Luftzuführungsnut (175) auszu­ bilden, einen axial gerichteten Lufteinlaßkanal (166), der mit dem Luftzuführungskanal verbunden ist, und eine Mehrzahl radial gerichteter Einlaßkanäle (168) zur Füh­ rung von Druckluft vom Lufteinlaßkanal (166) zur Luft­ führungsnut (175), gekennzeichnet durch eine Mehrzahl von Kugeln (170), die jeweils in den radial gerichteten Einlaßkanälen (168) aufgenommen und in radialer Richtung in Abhängigkeit der Drehgeschwindigkeit des Turbinenro­ tors (160) bewegbar und in Abhängigkeit der Drehgeschwindigkeit des Turbinenrotors (160) elastisch verformbar sind, um die durch den radial gerichteten Einlaßkanal (168) hindurchgehende Luftmenge zu steuern.

8. Geschwindigkeitssteuerung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß diese eine Mehrzahl von Steuerstüc­ ken (173) umfaßt, die jeweils zwischen dem radial ge­ richteten Einlaßkanal (168) und der Luftzuführungsnut (175) angeordnet sind, um zu verhindern, daß sich die Kugel (172) in radialer Richtung bewegt.

9. Geschwindigkeitssteuerung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Kugel (170) aus Gummi besteht.

10. Geschwindigkeitssteuerung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Kugel (170) einen Durchmesser aufweist, der kleiner als der des radial gerichteten Einlaßkanal (168) ist.

11. Geschwindigkeitssteuerung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß diese einen Ring (172) umfaßt, der zwischen dem Teil (168) mit großem Durchmesser und Füh­ rungsring (174) angeordnet ist, wobei die Mehrzahl der Steuerstücke (173) im Ring (172) integriert sind.