WO2004007912A1 - Druckluftgetriebener lamellenmotor - Google Patents

Druckluftgetriebener lamellenmotor Download PDF

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Ulrich Scholz
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    • F01C21/10—Outer members for co-operation with rotary pistons; Casings
    • F01C21/104—Stators; Members defining the outer boundaries of the working chamber

Definitions

  • the invention relates to a compressed air-driven vane motor according to the preamble of patent claim 1.
  • Lamellar motors are used, for example, to drive processing tools, such as grinding machines, and can be operated at very high speeds and yet be manufactured with a very small size and weight. They are therefore particularly suitable for the manual or post-processing of workpieces.
  • Vane motors are known in various designs. They essentially comprise a rotatably mounted rotor, in which slots for receiving a plurality of sealing lamellae are milled, which move outwards when rotated by the centripetal force and which seal against the inner wall of a cylindrical sleeve.
  • the slots that guide the slats can be arranged radially; but there is also the possibility of making the slots tangential to the axis of rotation, for a longer guide and To get hold.
  • the rotor can be mounted concentrically or eccentrically in the hollow cylindrical housing.
  • the supply of compressed air usually approx. 6 bar; takes place, for example, through the jacket of the hollow cylindrical housing into a recess lying in the bore of the jacket.
  • the air outlet consists of a slot extending in the direction of rotation in the jacket of the hollow cylindrical housing. Instead of a single outlet slot, a plurality of parallel ones can also be provided.
  • These known vane motors run flawlessly; However, they have the disadvantage that because of the high speed, for example 40,000 rpm and four sealing lamellae, the air escapes in this example with approximately 3kH and therefore these devices have a very high noise level.
  • the frequency at the air outlet also changes.
  • a silencing by replacing the machine housing surrounding the hollow cylindrical housing, usually made of thin sheet metal, with a thick-walled body is hardly feasible for reasons of weight and dimensions. Muffling agents at the air outlet in turn lead to an increase in pressure loss and thus to a reduction in efficiency. Furthermore, the sound radiation of the housing is not influenced by this measure.
  • the object of the present invention is to provide a vane motor, the noise development of which is significantly reduced compared to the known ones. This object is achieved by an air-driven vane motor with the features of claim 1.
  • FIG. 1 shows a schematic perspective illustration of the hollow cylindrical motor housing with the rotor inserted therein and its sealing fins of a conventional motor (shaft and bearing of the rotor omitted),
  • FIG. 2 shows a development of the hollow cylindrical housing in the area of the air outlet opening according to FIG. 1, as it represents the prior art
  • Figure 3 is a development of the housing with a first
  • Outlet opening, Figure 4 is a settlement of the housing with a second
  • FIG. 5 shows a development of the housing with a particularly advantageous embodiment of the outlet opening according to the invention
  • FIG. 6 shows a development of the housing with a modified embodiment of the outlet opening according to the figure
  • FIG. 5 and FIG. 7 a development of the housing with a further one consisting of a plurality of openings
  • the hollow cylindrical housing of a vane motor 3 is designated by reference numeral 1.
  • the front ends (cover below and above in Figure 1) and the rotary bearing of the rotor 5 used in the bore of the housing 1 and its shaft are omitted for the sake of clarity.
  • four radial recesses or slots 7 are formed in the rotor 5, in which sealing blades 9 movable radially to the axis of rotation A are loosely inserted.
  • the sealing fins 9 When the rotor 5 rotates, they come into sealing contact with the inner wall 11 of the housing and thus seal the pressure spaces 19 located between the outer surface 13 of the rotor 5, the inner wall (bore) 11 of the housing 1 and the sealing blades 9.
  • a bore 15 embedded in the casing of the housing 1 leads essentially parallel to the axis A to a recess 17 in the inner wall 11 of the housing 1. Compressed air is guided through this bore 15 to a pressure chamber 19 which lies in front of the recess 17. Alternatively, compressed air could also be supplied radially through the housing 1.
  • the air outlet takes place at the outlet opening or slot 21, which is formed as an opening through the casing of the housing 1.
  • a second, but much narrower outlet opening 21 ' is arranged in the form of a slot with a substantially smaller width y'.
  • the air is no longer released suddenly and in large quantities, but begins slowly.
  • the width y 'of the slot is very small, e.g. 0.1 to 0.5 mm, so very little air can escape initially when the length x 'still closes (FIG. 3).
  • the width y 'can also be larger than 0.1 to 0.5 mm.
  • the narrow outlet slot 21 'of the large outlet opening 21 is presented and connected to it.
  • FIG. 6 shows an alternative embodiment, which is easier to manufacture in terms of production, where the outlet slot 21 ′ is divided into two halves, which are located on the edges (top and bottom) of the cylindrical housing 1.
  • FIG. 7 A further possible embodiment of the invention can be seen in FIG. 7, where the opening cross section of the outlet opening 21 'is produced by a plurality of bores 25, starting with a single one and growing up to a plurality of bores 25, which advantageously extend in the X direction partially overlap.

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Abstract

Im Mantel des druckluftgetriebenen Lamellenmotors ist die Luftaustrittsöffnung (21') eintrittseitig sehr klein und deren Querschnitt erweitert sich stufenweise oder kontinuierlich. Dadurch kann die Geräuschentwicklung um mehrere Dezibel gesenkt werden.

Description

Druckluftgetriebener Lamellenmotor
Gegenstand der Erfindung ist ein druckluftgetriebener Lamellenmotor gemäss Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Lamellenmotoren finden beispielsweise Verwendung zum Antrieb von Bearbeitungswerkzeugen, wie Schleifmaschinen, und können mit sehr hohen Drehzahlen betrieben und dennoch mit sehr geringer Baugrösse und kleinem Gewicht hergestellt werden. Sie eignen sich folglich speziell für die Hand- oder Nachbearbeitung von Werkstücken. Lamellenmotoren sind in verschiedenen Ausführungen bekannt. Sie umfassen im wesentlichen einen drehbar gelagerten Rotor, in dem Schlitze zur Aufnahme einer Mehrzahl von Dichtlamellen eingefräst sind, welche sich beim Drehen durch die Zentripetalkraft nach aussen bewegen und sich an der inneren Wandung einer zylindrischen Hülse dichtend anlegen. Die Schlitze, welche die Lamellen führen, können radial angeordnet sein; es besteht aber auch die Möglichkeit, die Schlitze tangential zur Drehachse anzubringen, um eine längere Führungs- und Haltefläche zu erlangen. Der Rotor kann konzentrisch oder exzentrisch im hohlzylindrischen Gehäuse gelagert sein. Die Zuführung der Druckluft, meist ca. 6 bar; erfolgt beispielsweise durch den Mantel des hohlzylindrischen Gehäuses hindurch in eine in der Bohrung des Mantels liegende Ausnehmung. Der Luftauslass besteht aus einem sich in Drehrichtung erstreckenden Schlitz im Mantel des hohlzylindrischen Gehäuses. Anstelle eines einzigen Austrittsschlitzes können auch mehrere parallel liegende vorgesehen sein. Diese bekannten Lamellenmotoren laufen einwandfrei; sie haben jedoch den Nachteil, dass wegen der hohen Drehzahl, beispielsweise 40'000 rpm und vier Dichtlamellen, der Austritt der Luft in diesem Beispiel mit annähernd 3kH erfolgt und daher diese Geräte eine sehr hohe Lärmentwicklung aufweisen. Bei Ausführungen mit mehr oder mit weniger Lamellen oder anderen Drücken der Antriebsluft ändert sich auch die Frequenz am Luftaustritt. Eine Schalldämpfung durch den Ersatz des das hohlzylindrische Gehäuse umgebenden, meist aus dünnem Blech hergestellten Maschinengehäuses durch einen dickwandigen Körper, ist aus Gewichts- und Dimensionsgründen kaum realisierbar. Schalldämpfende Mittel am Luftauslass wiederum führen zu einer Erhöhung des Druckverlusts und damit zu einer Verringerung des Wirkungsgrades. Ferner wird durch diese Massnahme die Schallabstrahlung des Gehäuses nicht beeinflusst. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines Lamellenmotors, dessen Lärmentwicklung gegenüber den bekannten wesentlich verringert wird. Gelöst wird diese Aufgabe durch einen luftgetriebenen Lamellenmotor mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
Durch das sukzessive Verbreitern des Austritts- Querschlitzes, d.h. das sukzessive Vergrössern des Austrittsquerschnitts kann anfänglich nur sehr wenig Luft austreten und es werden dadurch bei jedem Öffnungsvorgang die sonst üblichen Knalleffekte so weit vermindert, dass eine Geräuschreduktion um 5 bis 10 db möglich sind.
Anhand illustrierter Ausführungsbeispiele wird die Erfindung näher erläutert. Es zeigen
Figur 1 eine schematische perspektivische Darstellung des hohlzylindrischen Motorgehäuses mit dem darin eingesetzten Rotor und dessen Dichtlamellen eines herkömmlichen Motors (Welle und Lagerung des Rotors weggelassen) ,
Figur 2 eine Abwicklung des hohlzylindrischen Gehäuses im Bereich der Luftaustrittsöffnung ge äss Figur 1, wie sie der Stand der Technik darstellt, Figur 3 eine Abwicklung des Gehäuses mit einer ersten
Ausführungsform einer erfindungsge ässen
Austrittsöff ung, Figur 4 eine Abwicklung des Gehäuses mit einer zweiten
Ausführungsform der erfindungsgemässen
Austrittsöff ung, Figur 5 eine Abwicklung des Gehäuses mit einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemässen Austrittsöffnung, Figur 6 eine Abwicklung des Gehäuses mit einer abgewandelten Ausführungsform der er indungsgemässen Austrittsöffnung gemäss Figur
5 und Figur 7 eine Abwicklung des Gehäuses mit einer weiteren, aus einer Vielzahl von Öffnungen bestehenden
Ausführungsform der erfindungsgemässen
Austrittsöffnung.
In Figur 1 ist mit Bezugszeichen 1 das hohlzylindrische Gehäuse eines Lamellenmotors 3 bezeichnet. Die stirnseitigen Abschlüsse (Deckel unten und oben in Figur 1) sowie die Drehlagerung des in der Bohrung des Gehäuses 1 eingesetzten Rotors 5 und dessen Welle sind der besseren Übersichtlichkeit halber weggelassen. Im Rotor 5 sind im vorliegenden Beispiel vier radiale Einstiche oder Schlitze 7 ausgebildet, in denen radial zur Drehachse A bewegliche Dichtlamellen 9 lose eingelegt sind. Die Dichtlamellen 9 gelangen bei Drehung des Rotors 5 in dichtende Anlage mit der Innenwand 11 des Gehäuses und dichten so die zwischen der Mantelfläche 13 des Rotors 5, der Innenwand(bohrung) 11 des Gehäuses 1 und den Dichtlamellen 9 liegende Druckräume 19 ab. Eine im Mantel des Gehäuses 1 eingelassene Bohrung 15 führt im wesentlichen parallel zur Achse A zu einer Ausnehmung 17 in der Innenwand 11 des Gehäuses 1. Durch diese Bohrung 15 wird Druckluft zu einem Druckraum 19, der vor der Ausnehmung 17 liegt, geführt. Alternativ könnte Druckluft auch radial durch das Gehäuse 1 zugeführt werden. Der Luftauslass erfolgt an der Auslassöffnung oder -schlitz 21, die als Durchbruch durch den Mantel des Gehäuses 1 gebildet wird. Die Auslassöffnung 21, wie sie in den Figuren 1 und 2 dargestellt ist und den Stand der Technik wiedergibt, weist einen rechteckigen Querschnitt auf. In beiden Figuren (Figur 1 und Figur 2) ist bereits der wirksame Abblasbereich sichtbar gemacht (schraffierte Fläche) . Er weist eine Länge x und eine Höhe y (= Breite der Auslassöffnung 21) auf. Aus der Darstellung in Figur 2 ist auch ersichtlich, dass, sobald die hintere Kante 23 der Dichtlamelle 9 in den Bereich der Kante E des Auslasses 21 gelangt, schlagartig sehr viel Luft aus dem Druckraum 19 austreten kann. Die unmittelbar eintretende Entspannung der komprimierten Luft im an die Auslassöffnung 21 herangeführten Druckraum 19, bzw. die schlagartig austretende Luft erzeugt das unangenehme und für das Gehör schädliche hohe Geräusch. Bei jedem Durchgang einer Lamelle, d.h. 160' 000 mal pro Minute bei beispielsweise 40' 000 rpm, entstehen folglich 160 ' 000 schlagartig erzeugte Knallgeräusche.
Auch wesentlich kleinere oder grössere Rotordrehzahlen verursachen gehörschädigende Geräusche.
Im ersten erfindungsgemässen Ausführungsbeispiel ist neben der bekannten Auslassöffnung 21 eine zweite, jedoch viel schmalere Auslassöffnung 21' in Gestalt eines Schlitzes mit wesentlich geringerer Breite y' angeordnet. Durch diese Massnahme erfolgt der Austritt der Luft nicht mehr schlagartig und in grosser Menge, sondern er beginnt langsam. Wenn Die Breite y' des Schlitzes sehr klein ist, z.B. 0,1 bis 0,5 mm, so kann anfänglich, wenn die Länge x' noch schliesst, äusserst wenig Luft austreten (Figur 3) . Bei grosseren Motoren kann die Breite y' auch grosser sein als 0,1 bis 0,5 mm. In der weiteren Ausgestaltung von Figur 4 ist der schmale Austrittsschlitz 21' der grossen Austrittsöffnung 21 vorgestellt und mit diesem verbunden.
In der besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung gemäss Figur 5 wird eine Austrittsöffnung 21' vorgeschlagen, deren Seitenkanten 27 parabelartig verlaufen und so der Austrittsquerschnitt sich sukzessive von 0 auf das Maximum vergrössert. Eine Zwischenlösung könnten divergierende, gerade Kanten 27 sein. Eine alternative Ausführung, die herstellungstechnisch einfacher zu bewerkstelligen ist, zeigt Figur 6, wo der Austrittsschlitz 21' in zwei Hälften aufgeteilt ist, welche sich an den Rändern (oben und unten) des zylindrischen Gehäuses 1 befinden. Die beiden in den Figuren nicht dargestellten Deckel des Gehäuses 1 bilden die obere und die untere Begrenzung der Öffnungen 21'.
Eine v/eitere Ausgestaltungsmöglichkeit der Erfindung ist in Figur 7 ersichtlich, wo der Öffnungsquerschnitt der Austrittsöffnung 21' durch eine Mehrzahl von Bohrungen 25 erzeugt wird, beginnend mit einer einzigen und anwachsend bis zu einer Vielzahl von Bohrungen 25, die sich vorteilhafterweise in X-Richtung teilweise überlappen.
Selbstverständlich sind auch Kombinationen der Ausführungen der Figuren 3 bis 7 möglich, z.B. Schlitze 21' und Bohrungen 25.
Durch diese Massnahmen kann die Geräuschentwicklung des Lamelienmotors wesentlich, z.B. um 5 bis 10 db, reduziert werden.

Claims

Patentansprüche
1. Druckluftgetriebener Lamellenmotor (3), umfassend einen drehbar gelagerten Rotor (5) , in dessen Mantelfläche Schlitze (7) zur Aufnahme von Dichtlamellen (9) ausgebildet sind, ein hohlzylindrisches Gehäuse (1) zur Aufnahme des Rotors (5), wobei zwischen dem Rotormantel (13) und der Innenwand (11) des Gehäuses (1) durch die Lamellen (9) eine Mehrzahl (n) von Druckräumen (19) ausgebildet sind, eine Druckluft-Speiseleitung (15) , durch die Druckluft in einen Druckraum (19) eingeleitet wird und eine im hohlzylindrischen Gehäuse (1) eingelassene Luftaustrittsöffnung (21) , dadurch gekennzeichnet, dass die Breite (y') der Austrittsöffnung (21') an der dem Lufteintritt benachbart liegenden Kante (E)
..kleiner ist als die unmittelbar anschliessenden Bereiche der Austrittsöffnung (21').
2. Luftgetriebener Lamellenmotor gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Austrittsöffnung (21') ein sich in U fangsrichtung erstreckender Schlitz (21') von der Breite (y') ist und dass entweder in einem axialen Abstand zur Kante (E) ein weiterer zusätzlicher Schlitz (21) von grösserer Breite (9) ausgebildet ist oder dass der zusätzliche Schlitz (21) an den ersten schmalen Schlitz (21') anschliesst.
3. Luftgetriebener Lamellenmotor gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Austrittsöffnung (21') von der Kante (E) an divergierende Seitenbegrenzungen (27) aufweist.
4. Luftgetriebener Lamellenmotor gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenbegrenzungen (27) einen geradlinigen oder einen kurvenförmigen Verlauf aufweisen.
5. Luftgetriebener Lamellenmotor gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Austrittsöffnung (21') aus in zwei entlang der oberen und der unteren Kante des Gehäuses (19 erstreckenden Abschnitten besteht.
6. Luftgetriebener Lamellenmotor gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Austrittsöffnung (21') eine Mehrzahl von Bohrungen (23) umfasst, wobei im Bereich (E) eine kleinere Zahl von Bohrungen (25) nebeneinander angeordnet sind als in den vom Bereich (E) weiter entfernten Abschnitten.
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