FR2802971A1

FR2802971A1 - Pneumatic motor for tool drive has housing to receive turbine and with air feed regulation valve and coaxial coupling to turbine housing

Info

Publication number: FR2802971A1
Application number: FR9916695A
Authority: FR
Inventors: Bernard Emilian
Original assignee: Axxair
Current assignee: Axxair
Priority date: 1999-12-23
Filing date: 1999-12-23
Publication date: 2001-06-29
Anticipated expiration: 2019-12-23
Also published as: FR2802971B1

Abstract

The pneumatic motor for a tool drive has a compressed air source (4) and a pressure feed regulator (5). The motor housing has a housing to receive the turbine (8) to create a counter pressure at the exhaust from the turbine vanes. A discharge evacuates air from the compression chamber. The compressed air supply has a coupling (4) coaxial to the turbine and opening into the housing chamber. The air feed regulator can be a valve (5) with a closable obturator.

Description

L'invention se rattache au secteur technique des dispositifs pour l'entraînement en rotation à très grande vitesse d'outils quelconques ou autres organes. The invention relates to the technical sector of devices for driving in very high speed rotation of any tools or other organs.

Il est connu d'utiliser un moteur pneumatique mettant en oeuvre au moins turbine dont l'entraînement s'effectue par envoi d'air comprimé. problème posé est donc d'entraîner à très grande vitesse un organe quelconque notamment par envoi d'un jet d'air. On peut citer par exemple, à titre indicatif nullement limitatif, l'enseignement du brevet FR 2.688.731. Avec ce type de moteur, il est apparu que la vitesse d'une turbine est parfois trop importante, dans le cadre de petit diamètre, notamment pour l'outillage courant. Or, cette très grande vitesse pose un problème important, au niveau notamment de l'usure et de la casse des outils. Il est donc apparu particulièrement important de pouvoir maîtriser ces vitesses, sans pour autant diminuer la puissance qui est étroitement lié à la vitesse. En effet une diminution de la vitesse va inévitablement générer une diminution de puissance. It is known to use a pneumatic motor using at least one turbine whose drive is effected by sending compressed air. The problem posed is therefore to drive at very high speed any organ, in particular by sending an air jet. For example, by way of non-limiting example, the teaching of patent FR 2,688,731 may be mentioned. With this type of engine, it appeared that the speed of a turbine is sometimes too large, in the small diameter frame, especially for the current tooling. However, this very high speed is a major problem, especially in terms of wear and breakage of tools. It therefore seemed particularly important to be able to control these speeds, without reducing the power that is closely related to speed. Indeed a decrease in speed will inevitably generate a decrease in power.

a observé que réaliser une contre-pression à l'échappement de l'aubage de la turbine, détruit une partie de la puissance et aussi de sa vitesse. Or, la conception des turbines, avec multiplicité d'alimentation et multiplicité d'aubes, permet d'obtenir, dans de nPtites proportions, une puissance suffisante pour être largement supérieure aux autres systèmes existants et particulièrement la turbine à palettes. Le problème technique étant ainsi posé, il est apparu important de jouer sur valeur de la contre-pression à l'échappement des aubes la turbine. observed that making a back-pressure to the exhaust of the blade of the turbine, destroys a portion of the power and also its speed. However, the design of the turbines, with multiple feed and multiple blades, allows to obtain, in small proportions, sufficient power to be largely superior to other existing systems and particularly the vane turbine. The technical problem being thus posed, it appeared important to play on the value of the counter-pressure at the exhaust of the turbine blades.

Étant donné que la contre-pression casse en partie la puissance la vitesse, compte tenu du problème posé, il est nécessaire de redonner de la puissance sans pour autant diminuer la vitesse. Dans ce but, pour obtenir ce résultat, peut, soit utiliser la contre-pression pour l'envoyer à nouveau au travers de canaux d'alimentation de section plus importante sur une turbine unique générant ainsi une suralimentation, soit utiliser la contre-pression pour l'envoyer au travers de canaux d'alimentation, de section plus importante, sur une deuxième turbine, générant ainsi une détente multiple. Le problème technique étant ainsi posé, il a été conçu et mis au point un moteur pneumatique présentant au moins un étage avec turbine, comprenant - un moyen d'alimentation en air comprimé, - des moyens pour le réglage du débit d'air, - des moyens de distribution et de détente de l'air dans une chambre de compression recevant la turbine de manière à créer une contre-pression à l'échappement des aubes de ladite turbine, - des moyens pour l'évacuation de l'air de la chambre de compression. Suivant d'autres caractéristiques - le moyen d'alimentation est constitué par un raccord dispose coaxialement à la turbine et débouchant dans l'alésage d'un corps en communication avec la chambre recevant la turbine ; - les moyens pour le réglage du débit d'air sont constitués un robinet assujetti à des moyens de fermeture, d'ouverture et de réglage ; - les moyens de distribution et de détente de l'air sont constitués par une multiplicité de rainures orientées formées en bout du corps recevant les moyens d'alimentation ; - les moyens d'évacuation de l'air de la chambre de compression sont constitués par des orifices en communication avec ladite chambre et l'air extérieur ; - la turbine est rendue solidaire d'un arbre porte-outil monté tournant en bout du carter recevant ladite turbine et accouplé au corps d'alimentation en air comprimé. Since the backpressure partly breaks the power speed, given the problem, it is necessary to restore power without decreasing the speed. For this purpose, to obtain this result, can either use the back pressure to send it again through larger section feed channels on a single turbine thus generating a supercharging, or use the back pressure for send it through feed channels, of larger section, on a second turbine, thus generating a multiple relaxation. The technical problem being thus posed, it was designed and developed a pneumatic motor having at least one stage with turbine, comprising - a means for supplying compressed air, - means for adjusting the air flow, - means for distributing and relaxing the air in a compression chamber receiving the turbine so as to create a counter-pressure at the exhaust of the blades of said turbine; means for evacuating the air from the compression chamber. According to other features - the supply means is constituted by a connector disposed coaxially with the turbine and opening into the bore of a body in communication with the chamber receiving the turbine; - The means for adjusting the air flow are constituted by a valve subject to closing means, opening and adjustment; - The air distribution and expansion means are constituted by a plurality of oriented grooves formed at the end of the body receiving the supply means; - The air evacuation means of the compression chamber are constituted by orifices in communication with said chamber and the outside air; - The turbine is secured to a tool shaft rotatably mounted at the end of the housing receiving said turbine and coupled to the supply body of compressed air.

Dans une autre forme de réalisation, notamment dans le cas où l'on souhaite maîtriser la puissance et redonner de la vitesse au système, en utilisant une détente multiple, le moteur présente deux étages comprenant chacun une turbine et une chambre de compression disposées coaxialement. In another embodiment, especially in the case where it is desired to control the power and give speed to the system, using a multiple expansion, the engine has two stages each comprising a turbine and a compression chamber arranged coaxially.

Dans cette forme de réalisation et compte tenu du problème posé à résoudre, la première turbine, en communication avec le moyen d'alimentation du corps, est rendue solidaire d'une portée circulaire que présente la deuxième turbine en délimitant une première chambre de compression séparée d'une deuxième chambre de compression par des moyens de distribution et de détente de l'air. Les moyens de distribution et de détente de l'air de la deuxieme chambre de compression sont constitués par un stator présentant périphérïqiiement une pluralité de rainures d'alimentation orientées, ledit stator étant rendu solidaire d'une partie de la deuxième turbine. In this embodiment and in view of the problem to be solved, the first turbine, in communication with the body supply means, is made integral with a circular range that presents the second turbine by delimiting a first separate compression chamber a second compression chamber by means of distribution and expansion of the air. The means of distribution and expansion of the air of the second compression chamber are constituted by a stator having peripherally a plurality of oriented feed grooves, said stator being secured to a portion of the second turbine.

Compte tenu du problème posé d'obtenir une vitesse très élevée mais compatible, dans le cas notamment de petites dimensions, en jouant la valeur de la contre-pression d'échappement de l'aube de la turbine la pression d'entrée est supérieure à la contre-pression elle-même supérieure à la pression atmosphérique, ladite contre-pression étant calculée par la différence des sections d'alimentation de la turbine et de celle d'échappement à la sortie de la ou des chambres de compression. Given the problem of obtaining a very high speed but compatible, in particular in the case of small dimensions, by playing the value of the exhaust back pressure of the blade of the turbine, the inlet pressure is greater than the back pressure itself greater than the atmospheric pressure, said back pressure being calculated by the difference of the feed sections of the turbine and the exhaust section at the outlet of the compression chamber or chambers.

L'invention est exposée ci-après plus en détail à l'aide des figures des dessins annexés dans lesquels - la figure 1 est une vue en perspective avant montage des principaux éléments du moteur pneumatique à deux étages de turbine ; - la figure 2 est une vue en coupe longitudinale correspondant à la figure 1 ; - la figure 3 est une vue de côté correspondant à la figure 2 ; - la figure 4 est une vue en coupe longitudinale de l'ensemble moteur présentant un seul étage avec une turbine ; - la figure 5 est une vue semblable à la figure 4 montrant le moteur équipé d'un appareil à chanfreiner. Comme le montrent les figures des dessins, notamment la figure 2, l'ensemble moteur pneumatique comprend carter (1) recevant, à l'une de ses extrémités, un corps (2). Comme il sera indiqué dans la suite de la description, le carter (1) présente des aménagements internes pour le montage d'un organe tournant par exemple sous forme d'un axe porte-outils (3) entraîné par au moins un étage avec turbine. Le corps (2) est agencé pour assurer l'alimentation en air comprime du ou des étages de turbines, puis le réglage du débit d'air, sa distribution et sa détente, dans une chambre de compression relative à l'étage de turbines considéré à l'intérieur du carter (1 ). The invention is explained below in more detail with the help of the figures of the accompanying drawings in which - Figure 1 is a perspective view before mounting of the main elements of the two-stage turbine engine turbine; - Figure 2 is a longitudinal sectional view corresponding to Figure 1; FIG. 3 is a side view corresponding to FIG. 2; - Figure 4 is a longitudinal sectional view of the motor assembly having a single stage with a turbine; - Figure 5 is a view similar to Figure 4 showing the engine equipped with a chamfering apparatus. As shown in the figures of the drawings, in particular FIG. 2, the pneumatic motor assembly comprises a casing (1) receiving, at one of its ends, a body (2). As will be indicated in the following description, the housing (1) has internal arrangements for mounting a rotating member for example in the form of a tool axis (3) driven by at least one stage with turbine . The body (2) is designed to supply compressed air to the turbine stage (s), and then to regulate the air flow, its distribution and expansion, in a compression chamber relative to the turbine stage considered. inside the housing (1).

Dans l'exemple illustré, le carter se présente sous forme d'un cylindre creux vissé sur une portée filetée (2a) du corps (2). Le corps (2) est également réalisé sous forme d'un cylindre. Après assemblage, le carter (1) et le corps (2) constituent un ensemble unitaire de forme générale cylindrique. In the illustrated example, the housing is in the form of a hollow cylinder screwed onto a threaded surface (2a) of the body (2). The body (2) is also in the form of a cylinder. After assembly, the housing (1) and the body (2) constitute a unitary assembly of generally cylindrical shape.

Le corps (2) présente un canal coaxial (2g) en communication avec un raccord (4) pour l'alimentation en air comprimé, par exemple sous une pression de 6 bars. Le canal coaxial ( ) susceptible d'être obturé à volonté par un robinet (5). Selon la forme de réalisation illustrée figure 2, le robinet (5) est un bouton poussoir et permet le passage de l'air après avoir vaincu un effort important résultant de la pression de l'air comprimé. Cet effort disparaît ensuite au moyen d'un orifice (2b) en communication avec l'extérieur et avec le chambrage dans lequel est monté avec capacitéde coulissement guidé le poussoir (5). Le poussoir (5) est monté à l'encontre d'un ressort de rappel (6) pour mettre en communication un espace annulaire (5a) du robinet avec le canal d'alimentation (2g). Le robinet (5) fonctionne donc en tout ou rien. A noter que l'échappement de l'air par le canal (2b) est rendu possible étant donne que l'alimentation secondaire (2c) du robinet est obturée lors de son enfoncement, à l'encontre du ressort (6). Le réglage du débit est réalisé par une vis pointeau non représentée, coopérant avec le canal d'alimentation (2g). The body (2) has a coaxial channel (2g) in communication with a connector (4) for supplying compressed air, for example at a pressure of 6 bar. The coaxial channel () which can be shut off at will by a tap (5). According to the embodiment illustrated in Figure 2, the valve (5) is a push button and allows the passage of air after having overcome a significant effort resulting from the pressure of the compressed air. This force then disappears by means of an orifice (2b) in communication with the outside and with the recess in which is mounted with capacity of guided sliding the pusher (5). The pusher (5) is mounted against a return spring (6) for communicating an annular space (5a) of the valve with the supply channel (2g). The tap (5) therefore works in all or nothing. Note that the exhaust air through the channel (2b) is made possible since the secondary supply (2c) of the valve is closed when it is driven against the spring (6). The flow rate is adjusted by a needle screw not shown, cooperating with the feed channel (2g).

Le canal d'alimentation (2g) disposé coaxialement à l'axe de la ou des turbines, est en communication avec des orifices (2d) et (2e) percés de part en part dans l'épaisseur du corps (2) et selon deux plans orthogonaux. L'air qui passe au travers de ces orifices est distribué au tra-,ers d'une pluralité de rainures d'alimentation (2f) formées périphériquement au bout du corps (2), à l'extrémité opposée de celle recevant raccord d'alimentation en air comprimé. The supply channel (2g) disposed coaxially with the axis of the turbine or turbines, is in communication with orifices (2d) and (2e) pierced right through the body (2) and in two orthogonal plans. The air passing through these orifices is distributed through a plurality of feed grooves (2f) formed peripherally to the end of the body (2), at the end opposite to that receiving a connector. compressed air supply.

L'air est ainsi détendu dans une première chambre de compression (7) recevant une première turbine (8). La chambre de compression (7), formée à l'intérieur du carter cylindrique (1), est donc formée à sortie des aubes (8a) de la turbine (8). La turbine (8) est rendue solidaire d'une portée circulaire (9a) que présente une deuxième turbine (9). The air is thus expanded in a first compression chamber (7) receiving a first turbine (8). The compression chamber (7), formed inside the cylindrical housing (1), is formed at the outlet of the blades (8a) of the turbine (8). The turbine (8) is secured to a circular bearing (9a) that has a second turbine (9).

La turbine (9) présente une autre portée circulaire (9b) pour le montage d'un organe (10) faisant office de stator présentant péri phénquement une pluralité de rainures d'alimentation orientées (10a). Ainsi, depuis la première chambre de compression (7), l'air est à nouveau distribué au travers des rainures d'alimentation (10a) et rédétendu dans une detixièine chambre de compression (l l) formée à l'intérieur du carter (2), derrière les aubes (9c) de la turbine (9). The turbine (9) has another circular bearing (9b) for mounting a member (10) acting as a stator having periphenetic a plurality of oriented feed grooves (10a). Thus, from the first compression chamber (7), the air is again distributed through the feed grooves (10a) and redetched in a sixteenth compression chamber (11) formed inside the housing (2). behind the vanes (9c) of the turbine (9).

L'air de la deuxième chambre de compression (11) est évacué par une pluralité d'orifices(la) formés circulairement en bout du carter (1 ). The air of the second compression chamber (11) is evacuated by a plurality of orifices (l a) formed circularly at the end of the housing (1).

Les deux turbines (8 et 9) sont rendues solidaires du porte-outil (3) monté tournant en combinaison avec des paliers à roulement (12) logés respectivement dans un chambrage du carter (1) et en bout du corps (2). Le porte-outil présente tout type d'agencement pour la fixation d'un outil (1 Dans l'exemple de réalisation illustrée figure 4, l'ensemble moteur présente un seul étage à turbine. L'ensemble demeure réalisé de la meure façon que celui décrit précédemment. On désigne par (14) la turbine, et par (15) lit chambre de compression qui apparaît derrière les aubes de ladite turbine. The two turbines (8 and 9) are made integral with the tool holder (3) rotatably mounted in combination with rolling bearings (12) respectively housed in a recess of the housing (1) and end of the body (2). The tool holder has any type of arrangement for fastening a tool (1 In the embodiment illustrated in FIG. 4, the motor assembly has a single turbine stage, the assembly is still produced in the same manner as that described above: The turbine (14) is designated as the turbine, and (15) is the compression chamber which appears behind the vanes of the turbine.

Comme indiqué, le porte-outil peut recevoir tout type d'outils. L'ensemble du moteur tel que défini selon les caractéristiques de l'invention, petit être équipé d'un appareil à chanfreiner, comme le montre schématiquement la figure 5. As indicated, the tool holder can receive any type of tools. The entire engine as defined according to the features of the invention, may be equipped with a chamfering apparatus, as schematically shown in FIG. 5.

Compte tenu de ces dispositions, en dépassement de la position fermée à l'encontre du ressort, il est possible d'introduire pendant un temps réduit tin jet d'air d'alimentation inverse au sens de rotation, de manière à freiner la ou les turbines. Dès relâchement de l'effort sur ressort, le robinet se met en position fermée. A noter également que, dans le cas d'un montage à deux étages, à l'échappement de la turbine et dans chambre de compression, l'air est renvoyé à la turbine au travers de canaux de section plus importante, afin de cloisonner la phase de récupération l'air dans la chambre de compression et son évacuation à la deuxième sortie de la turbine. In view of these arrangements, in excess of the closed position against the spring, it is possible to introduce for a reduced time a supply air jet reversing the direction of rotation, so as to slow down the one or more turbines. As soon as the spring force is released, the valve goes into the closed position. It should also be noted that, in the case of a two-stage assembly, at the exhaust of the turbine and in the compression chamber, the air is sent back to the turbine through channels of larger section, in order to partition the recovery phase the air in the compression chamber and its evacuation at the second outlet of the turbine.

Compte tenu de ces différentes caractéristiques, il ressort que la pression d'entrée ou d'admission est supérieure à la contre-pression, elle meme supérieure à la contre-pression atmosphérique. La contre-pression est calculée par la différence de section d'alimentation de la turbine et celle de l'échappement à la sortie de la chambre de compression considérée. A noter que la compression peut être sensiblement égale à la pression d'admission. Given these different characteristics, it appears that the inlet or intake pressure is greater than the back pressure, it is even greater than the atmospheric back pressure. The back pressure is calculated by the difference in turbine feed section and that of the exhaust at the outlet of the compression chamber considered. Note that the compression may be substantially equal to the intake pressure.

L'invention trouve de nombreuses applications parmi lesquelles on peut citer, à titre indicatif nullement limitatif - outillage à main tel que : perceuses, meuleuses crayon et à disque, donnant plus de puissance et éventuellement plus de vitesse ; - broche de fraisage à grande vitesse donnant plus de vitesse et moins d'encombrement sur les machines à commande numérique conventionnelle tous autr--s matériels ; - moteur pneumatique en complément et en remplacement des moteurs à palettes existants ; - moteur pneumatique à rotation lente et grande puissance.The invention finds many applications among which may be mentioned, as a non-limiting indication - hand tools such as: drills, grinders pencil and disk, giving more power and possibly more speed; - high speed milling spindle giving more speed and less space on conventional CNC machines all other materials; - pneumatic motor in addition to and replacement of existing vane motors; - Pneumatic motor with slow rotation and high power.

Les avantages ressortent bien de la description, en particulier on souligne et on rappelle - consommation d'air courant (non graissé, non filtré) - élimination tout frottement ; - augmentation des puissances d'outillage â main ; - augmentation des puissances du moteur pneumatique pour un même encombrement - élimination problèmes de survitesse sur les turbines supprimant ainsi tout risque d'éclatement des aubes et tout problème lié au roulement ; - élimination problèmes de survitesse ; - plus de puissance dans un même encombrement et poids plus réduit par rapport à un moteur selon l'état de la technique ; - application axiale d'un effort annulant les jeux éventuels des roulements de la turbine. The advantages are apparent from the description, in particular it emphasizes and recalls - current consumption of air (ungreased, unfiltered) - elimination all friction; - increase in power of hand tools; - Increase the power of the pneumatic motor for the same size - eliminating problems of overspeed on the turbines thus eliminating any risk of bursting blades and any problem related to rolling; - elimination of overspeed problems; - More power in the same size and reduced weight compared to a motor according to the state of the art; - Axial application of a force canceling the possible play of the turbine bearings.

Claims

CLAIMS -1- Pneumatic motor having at least one stage with turbine, characterized in that comprises - a supply means (4) in compressed air, - closed means (5) for adjusting the air flow, - means distribution and expansion of the air in a compression chamber (7) receiving the turbine (8) so as to create a counter-pressure at the exhaust of the blade of said turbine (8), - means for evacuation of the air from the compression chamber. -2-: Pneumatic motor according to claim 1, characterized in that the supply means is constituted by a connector (4) disposed coaxially with the turbine and opening into the bore of a body (2) in communication with the chamber receiving the turbine. -3- Pneumatic motor according to claim 1, characterized in that the means for adjusting the air flow are constituted by a valve (5) secured to means for closing, opening and adjustment. -4- Pneumatic motor according to claim 1, characterized in that the air distribution and expansion means are constituted by a multiplicity of oriented grooves (2f), formed at the end of the body (2) receiving the means of food. Pneumatic motor according to claim 1, characterized by the fact that the means for evacuating the air from the compression chamber (7) consist of orifices (1a) in communication with said ring and the outside air. -6- pneumatic motor according to claim 1, characterized cry that the turbine (8) is secured to a tool shaft (3) rotatably mounted at the end of the housing receiving said turbine and coupled to the supply body (2 ), in compressed air. -7- pneumatic motor according to claim 1, characterized in that it has two stages each comprising a turbine and (9) and a compression chamber arranged coaxially. -8- A pneumatic motor according to claim 7, characterized in that the first turbine (8), in communication with the body supply means, is secured to a circular bearing (9a) that the second turbine (9 ) delimiting a first compression chamber separated from a second compression chamber by means of distribution and expansion of the air. Pneumatic motor according to claim 8, characterized in that the means for distributing and expanding the air of the second compression chamber are constituted by a stator (10) peri-phically presenting a plurality of oriented feed grooves. (10a), said stator being secured to a portion of the second turbine (9). -10- pneumatic motor according to claim 1, characterized in that the I -cssion input is greater than the counter-pressure itself greater than the atmospheric pressure, said back pressure being calculated by the d \ drecrence sections d ' supply of the turbine and the exhaust at the outlet of the compression chambers.