Die Erfindung betrifft ein Schleifgerät der im Oberbegriff
des Patentanspruches 1 genannten Art.
Derartige Schleifgeräte sind bekannt (DE 39 13 908 A1). Sie
sind bei feinen Schleifarbeiten, die von Hand geführt
werden, im Einsatz und arbeiten mit hohen Drehzahlen.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Schleifgerät dieser Art
derart weiterzubilden, dass weniger Reibung entsteht. Somit
sollen höhere Drehzahlen erreichbar und der Verschleiß
geringer sein.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt mit den im Kennzeichen
des Patentanspruches 1 angegebenen Mitteln. Die Erfindung
betrifft ferner die in den Unteransprüchen angegebenen
vorteilhaften Weiterbildungen.
Ausführungsbeispiele der Erfindung und ihrer vorteilhaften
Weiterbildungen werden im Folgenden anhand der Figuren 1
bis 10 erläutert. Es stellen dar:
- Figur 1
- einen Querschnitt durch ein Ausführungsbeispiel;
- Figur 2
- einen Schnitt in Richtung der Pfeile II-II in
Figur 1;
- Figur 3
- einen Schnitt in Richtung der Pfeile III-III in
Figur 1;
- Figur 4
- einen Schnitt entlang der Pfeile IV-IV in Figur
1;
- Figur 5
- einen Schnitt entlang der Pfeile V-V in Figur 1;
- Figur 6
- einen Schnitt entlang der Pfeile VI-VI in Figur
1;
- Figur 7
- einen Schnitt entlang der Pfeile VII-VII in Figur
1;
- Figur 8
- einen Schnitt entlang der Pfeile VIII-VIII in
Figur 1;
- Figur 9
- eine perspektivische Außenansicht des
Handschleifgerätes;
- Figur 10
- eine Vorderansicht einer modifizierten Form der
luftgelagerten Hülse;
- Figur 11
- das bei XI in Figur 10 angegebene Detail;
- Figur 12
- einen Schnitt entlang der Pfeile XII-XII in Figur
10.
Figur 9 zeigt eine perspektivische Außenansicht des
erfindungsgemäßen Schleifgerätes. Es ist cirka 15 cm lang.
Nach Figur 1 weist dieses Schleifgerät ein Gehäuse 1 auf,
das mit einem Gummischlauch 2 überzogen ist. In das Gehäuse
1 ist rechts ein Anschlusskörper 3 mittels Gewinde 4
eingeschraubt. Am linken Ende ist ein Druckring 5 mittels
Gewinde 6 eingeschraubt. Zwischen diesen beiden Bauteilen
sind die restlichen Teile angeordnet und gegeneinander
verspannt, sofern nicht im Folgenden etwas anderes
beschrieben wird. Im Anschlusskörper 3 befindet sich ein
Luftzuführkanal 7 und Luftabführkanäle 8, 8' (vergleiche
auch Figur 6). An der Schulter 9 ist eine Feder 10
abgestützt, die eine Kugel 11 auf den Luftkanalabschnitt 12
drückt, und zwar derart, dass dieser in der in Figur 1
gezeigten Position durch die Kugel 11 verschlossen wird. In
den Anschlusskörper 3 ist das Rohrstück 13 eingeschraubt,
das die erwähnte Schulter 9 aufweist.
Auf den Anschlusskörper 3 ist ein Schaltring 14, der außen
mit einer Riffelung 15 versehen ist, beschränkt drehbar
angeordnet. Die beschränkte Drehbarkeit ergibt sich
dadurch, dass ein Stift 16 im Anschlusskörper 3 angeordnet
ist, der in eine Ausfräsung 17 im Schaltring 14 hineinragt
(vergleiche Figur 6). Diese Ausfräsung 17 im Schaltring 14
ist über einen Winkelbereich von cirka 90 ° begrenzt und
begrenzt damit auch die Drehung des Schaltringes 14
gegenüber dem auf dem Anschlusskörper 3 angeordneten Stift
16.
Wie weiter aus Figur 1 und 6 zu ersehen, ist einer radial
verlaufenden Bohrung 18 im Schaltring 14 radial
verschiebbar ein Schaltstift 19 angeordnet, dessen äußeres
Ende sich an der Schaltfläche 20 abstützt, die Teil einer
Ausfräsung 21 im Schaltring 14 ist. Der Verlauf der
Schaltfläche 20, nämlich in radialer Richtung zubeziehungsweise
abnehmend, bewirkt, dass bei Drehung des
Schaltringes 14 gegenüber dem Anschlusskörper 4 die Kugel
11 aus der in Figur 1 gezeigten Position radial nach unten
herausgedrückt wird, so dass die Verbindung zwischen
Luftzufuhrkanal 7 und Luftkanalabschnitt 12 frei wird.
Damit ist die Druckluftzufuhr zum Inneren des Gerätes, das
heißt unter anderem im Anschluss an den Luftkanalabschnitt
12 in den Luftkanalabschnitt 22 freigegeben.
Der Luftkanalabschnitt 22 befindet sich in einem
Luftleitring 23. Dieser drückt, infolge der bereits
erwähnten Verschraubung, auf den Lagerring 24 (Figur 3),
eine Luftverteilscheibe 50 (Figur 8), den Stator 25 und
einen weiteren Lagerring 26. Im Stator 25 befindet sich
drehbar eine Hülse 30.
Im Lagerring 24 befindet sich ein Kugellager 27. Ferner
befinden sich zwischen Lagerring 26 und Druckring 5
Kugellager 28, die radial außen am Gehäuse 1 abgestützt
sind. Im Lagerring 26 befindet sich ferner ein Gleitlager
29.
Der mittels der Kugellager 27, 28 und Gleitlager 26 im
Gehäuse drehbar gelagerte Rotor 40 ist, wie aus Figur 7
ersichtlich, mit radial verlaufenden Schlitzen 41 versehen,
in denen Rotorschieber 42 radial verschiebbar angeordnet
sind. Ihr radial äußeres Ende liegt jeweils an der
Innenfläche der Hülse 30 an. Bei Drehung des Rotors 40
werden sie durch die Zentrifugalkraft zur Anlage an die
Hülse 30 nach außen gedrückt.
Wie aus Figur 1 und Figur 7 ersichtlich, ist die Hülse 30
exzentrisch bezüglich der Drehachse A (vergleiche Figur 1)
des Rotors 40 im Stator 25 angeordnet, so dass bei Drehung
des Rotors 40 die Rotorschieber 42 pro Umdrehung einmal hin
und her geschoben werden. Zwischen Rotor 40 und der Hülse
30 befindet sich der sichelförmige Druckraum 45. In diesen
tritt die Druckluft ein, trifft auf die Rotorschieber 42
und dreht somit den Rotor 40.
Die Zufuhr von Druckluft aus dem Luftkanalabschnitt 22 zum
Druckraum 45 erfolgt, wie aus Figur 2 zu ersehen, über eine
ringförmige Aussparung 46 in dem Luftleitring 23 und einen
radial von dieser nach außen abgehenden Zuluftkanal 47,
der, wie aus Figur 3 ersichtlich, in einen Zuluftkanal 48
im Lagerring 24 mündet. Dieser Zuluftkanal 48 im Lagerring
24 erweitert sich bis zum linken Ende des Lagerrings 24
(Figur 1) hin. Der Zuluftkanal 48 mündet dann, wie aus
Figur 5 zu ersehen, in eine nierenförmige Aussparung 49 in
der Luftverteilscheibe 50, von der der Übertritt der
Druckluft in den Druckraum 45 erfolgt. Die
Luftverteilscheibe 50, die Hülse 30 und der Lagerring 24
sind mittels eines Stiftes 51 gegen Verdrehung gesichert.
Wie aus einem Vergleich von Figur 5, Figur 7 und Figur 8
ersichtlich, tritt die Druckluft aus der Aussparung 49 in
der Luftverteilscheibe 50 von rechts oben (in Figur 7) in
den Druckraum 45 ein. Von dieser Stelle aus erweitert sich
der Druckraum 45 in Umfangsrichtung. Dadurch wird auf die
Rotorschieber 42 eine Kraft in Drehrichtung ausgeübt, die
den Rotor 40 in eine Drehung im Uhrzeigersinn versetzt
(Figur 7).
Der Luftaustritt aus dem Druckraum 45 erfolgt - siehe Figur
5 und Figur 7 - durch die nierenförmige Aussparung 52 in
der Luftverteilscheibe 50, die sich über etwas weniger als
die linke Hälfte des Druckraumes 45 erstreckt. Von dort
tritt die Druckluft - jetzt als Abluft - in die Aussparung
53 im Lagerring 24 (vgl. Figur 4) und von dort in die
Aussparung 54 im Luftleitring 23 (vergleiche Figur 2) ein.
Von dort gelangt sie in den Raum 55 auf der Außenseite des
Luftleitrings 23 (Figur 1) und von dort in die
Luftabführkanäle 8, in denen Dämmmaterialien 60 zur
Geräusch- und Vibrationsdämpfung vorgesehen sind.
Wenn nun nach dem Einschalten durch Drehung des Schaltrings
14 der Rotor 40 in Drehung versetzt wird, dann reiben die
Rotorschieber 42 mit ihren radial äußeren Enden an der
Innenfläche der zunächst noch nicht mitdrehenden Hülse 30
und nehmen diese mit zunehmender Drehzahl dann schließlich
infolge dieser Reibungskraft mit, so dass sich die Hülse 30
mitdreht. Bei höheren Drehzahlen bildet sich dann zwischen
dem äußeren Umfang der Hülse 30 und dem Stator 25 ein
Luftfilm, der ein Luftlager darstellt. Eine Reibung des
Rotors 40 und der Rotorschieber 42 aneinander ist somit -
nach dem Anlaufen - nicht mehr vorhanden. Reibungsverluste
entstehen im Wesentlichen also nur durch Reibung der Hülse
30 an dem Luftfilm in dem Luftspalt 70 zwischen Hülse 30
und Stator 25. Der Luftspalt 70 beträgt cirka 0,1 - 0,4 mm.
Die Luft gelangt in den Luftspalt ebenfalls über die
Aussparung 49 (Figur 8).
Damit dieser luftgelagerte Zustand beim Anfahren möglichst
schnell erreicht wird, ist eine Wahl der Materialpaarung
für Rotorschieber 42 und Hülse 30 wichtig. Die Materialien
müssen verschleißfest sein. Andererseits darf die Reibung
nicht zu niedrig sein. Das würde einem schnellen Mitnehmen
beim Anfahren entgegenwirken. Demgemäss besteht die Hülse
30 aus einem Material, das im wesentlichen Phenolharz,
Baumwollgewebe und einem Zusatz Molybdänsulfid aufweist.
Ein solches Material ist zum Beispiel unter der Marke
DURATEX im Handel erhältlich. Die Rotorschieber sind aus
einem Material, das ebenfalls aus Baumwollgewebe und
Phenolharz besteht, wie es zum Beispiel unter der Marke
Ferrozell HGW FF5964 im Handel erhältlich ist.
Die Oberflächengüte der Hülse 30 sollte außen Ra = 0,5 bis
1,0, innen Ra = 5 ... 10, vorzugsweise 5,5 - 7,0 also innen
deutlich rauer - z. B. um den Faktor 10 - als außen sein.
Die Oberflächengüte der Rotorschieber 42 sollte cirka Ra =
2 bis 5, vorzugsweise 3 bis 4 betragen. Beide Komponenten
werden bei der Herstellung cirka 1 h in Öl getaucht, man
lässt sie daraufhin 30 min. abtropfen; dann werden sie bei
einer Temperatur von zwischen 70 und 100 °, vorzugsweise 80
° im Ofen 5 h getempert.
Diese Wahl der Materialparameter für Rotorschieber 42 und
Hülse 30 ergibt ein schnelles Anlaufen bis zum Erreichen
des luftgelagerten und somit fast reibungsfreien Betriebs
bei hohen Drehzahlen und einen, vor allem im Dauerbetrieb,
extrem verschleißfreien Lauf, der eine gegenüber bekannten
Anordnungen deutlich höhere Standzeit ergibt. Bei
Drehzahlen von bis zu 85.000 UpM und einem Luftdruck von 6
bar werden Leistungen von ca. 80 bis 200 Watt erzielt.
Die Figuren 10 bis 12 zeigen eine weitere Ausführungsform
der lufgelagerten Hülse. Die dort gezeigte Hülse 80 kann
vorteilhafter Weise anstelle der Hülse 30 Verwendung
finden. Sie weist innen eine Nut 81 auf, die beispielsweise
1 - 2,0 mm breit und 0,05 - 0,15 mm tief sein kann. Die
Seitenflächen 82 sind abgeflacht und haben gegenüber dem
Nutgrund 83 einen Winkel von 20 - 30°. Man kann auch eine
Nut mit kreissegmentförmigen Querschnitt mit ähnlicher
Breite und Tiefe versehen.
Diese Ausbildung hat folgenden Vorteil: Beim Anlaufen des
Schleifgerätes werden die Rotorschieber 42 durch die
Fliehkräfte radial nach außen gedrückt. Derjenige
Rotorschieber 42, der gerade an der Nut 80 vorbeiläuft,
wird in die Nut gedrückt und trifft dann auf die in
Drehrichtung vor ihm liegende Seitenfläche 82. Dadurch übt
dieser Rotorschieber 42 zusätzlich zur Reibungskraft noch
über diese Seitenfläche eine Antriebskraft in Drehrichtung
auf die Hülse 80 aus, so dass das Hochlaufen der Hülse 80
auf Betriebsgeschwindigkeit dadurch schneller erfolgt.
Die Abflachung der Seitenflächen 82 ermöglicht am Anfang
auch beim Auftreffen eines Rotorschiebers auf die
Seitenfläche 82, dass der Rotorschieber, wenn die Hülse
noch nicht mit voller Geschwindigkeit mitläuft, auch aus
der Nut wieder austreten und diese überlaufen, also
gleichsam überholen kann. Auf diese Weise werden
Schädigungen der Rotorschieber und/oder der Nut vermieden.
Nach einigen solchen nur vorübergehenden Kontakten, die
aber immerhin eine Kraft auf die Hülse ausüben, kommt es
dann dazu, dass die Hülse voll mitläuft. Es kommt darauf
an, dass die Rotorschieber 42 in Drehrichtung auf
mindestens eine Kante (gebildet durch eine der
Seitenflächen 82 der Nut 81) auftreffen können. Falls die
Differenz der Geschwindigkeiten von Hülse und Rotorschieber
noch zu groß ist, überlaufen oder überfahren die
Rotorschieber diese Seitenfläche. Dies wird
beschädigungsfrei möglich, weil die Seitenflächen
abgeflacht sind.
Das damit beschleunigte Anlaufen der Hülse 80 bewirkt auch,
dass sie schneller den Zustand erreicht, in dem sie auf dem
Luftfilm zwischen Stator 25 und Hülse 30 luftgelagert ist.
Daher entsteht insgesamt weniger Reibung. Daher ist es auch
möglich, auf die Öltemperung zu verzichten und die Hülse
nur mit Luft zu tempern. Dies ist verfahrensmäßig eine
Vereinfachung und führt zu einer Verringerung der
Verschmutzung durch Abrieb.