WO2007112795A1 - Druckluftmotor für drehangetriebene werkzeuge - Google Patents

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Jan Sitzler
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    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B23/00—Portable grinding machines, e.g. hand-guided; Accessories therefor
    • B24B23/02—Portable grinding machines, e.g. hand-guided; Accessories therefor with rotating grinding tools; Accessories therefor
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    • F05D2300/00—Materials; Properties thereof
    • F05D2300/50—Intrinsic material properties or characteristics
    • F05D2300/501—Elasticity

Definitions

  • the invention relates to a compressed air motor for rotary-driven tools, for example, Schleifgerate with a controller for speed limitation according to the preamble of the protection claim 1.
  • air motors are turbines, vane motors and gear motors into consideration.
  • Compressed air drives with a controller are known for example from DE 43 20 532 Cl and DE 44 28 039 C1.
  • the object underlying the invention is to provide a controller in such a motor, which makes reliably a speed limit to a certain value possible.
  • Figure 1 shows a cross section through an embodiment
  • Figure 2 shows the right part in Figure 1 in an enlarged view
  • Figure 2a shows the elastic ring 15 with the immediately surrounding components in a position in which it closes the openings 18; characters
  • FIG. 4 shows a section m in the direction of the arrows IV-IV in FIG. 2.
  • 1 shows a run with a compressed-air motor according to the invention Schleifgerat, 1.5 times-in reality, as the 1 / 3- to size as having in the drawing and is held by the person who works with it in his hand. But there are also a tool spindle or a robot tool into consideration.
  • the Schleifgerat has two housing parts screwed together 1 and 2. At the right end a cover 9 is screwed onto the housing part 1. Between the housing parts 1 and 2, a bearing plate 3 (see Figure 3 [c]) is clamped, which is provided with openings 4 along its circumference. In its interior, the bearing plate 3 holds a ball bearing 5, in which the spindle 6 is rotatably mounted. At the left end of the spindle 6 carries a receptacle 100, in which, for example, a grinding tool can be clamped.
  • a regulator 10 Screwed tightly to the spindle 6 by means of a thread 7 is a regulator 10 (FIG. 3 [g]), formed by a first plate 11, a second plate 12 (FIG. 3 [e]) and an air guiding plate 13 (FIG. ).
  • the plate 12 has a hub 14. On the hub 14 sits an elastic and circular in cross-section ring 15, in principle, an O-ring, which forms the actual control element. Following the hub 14, the plate 12 has a flange 16 which is provided along a circle with openings 17. The arrangement is such that a through the openings 17 m the space 25 entering the compressed air flow is directed to the ring 15 and is deflected in the position shown by this upwards.
  • the plate 11 has openings 18 (see Figure 3 [e]), which are also on a circular line, the radius of which, however, is slightly larger than the radius on which the openings 17 lie.
  • the holes 18 are provided in part in the bottom 19 of this cup-shaped plate 11 and partly in the edge 20 of the plate 20. Between the bottom 19 and the edge 20 of the cup-shaped first plate 11 and the flange 16 of the second plate 12 on the other hand, there is a space 25. A through the openings 17 in the space 25 incoming air flow can therefore, if the ring 15, the position shown flows past this past the openings 17 to the openings 18.
  • Through the openings 18 in the plate 11 then enters the air flow in a chamber 26 in the air guide plate 13 (see Figure 3 [d]). The air flow then flows via openings 28 into the bore 30, which is provided axially in the spindle 6 via three radial channels 27 distributed along the circumference.
  • the air flow passes through the bore 45 in four nozzles 85, 86, 87 and 88, which are formed between the four air vanes 81, 82, 83 and 84.
  • two air vanes each are provided on one of the two mirror-symmetrical halves 51, 52 (compare FIGS. 3 [a] and [b]) of the turbine wheel 50.
  • the halves 51, 52 are offset by 90 ° into one another and by tightening the with the Thread 7 provided plate 11 held together at the end of the spindle 6 (see Figure 2).
  • the nozzles 85, 86, 87 and 88 extend in a direction perpendicular to the spindle 6 level.
  • the air flow passes tangentially to the circular shape of the turbine wheels from the nozzles and thus drives by recoil the spindle 6 and with her a tool recorded by her.

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Abstract

Druckluftmotor für ein drehangetriebenes Werkzeug, beispielsweise ein Schleifgerät , bei dem die Druckluft eine Spindel, die an ihrem Ende eine Aufnahme für ein Werkzeug trägt, in Drehrichtung antreibt. Es ist ein unter dem Einfluss der Fliehkraft seine Form und/oder Lage veränderndes Regelungselement vorgesehen, das in Abhängigkeit von der Drehzahl die Öffnungen mehr oder weniger abdeckt beziehungsweise freigibt. Die Öffnungen (18) sind auf einer Platte (11) entlang einer Kreislinie angeordnet. Das Regelungselement (15) wird durch einen in Strömungsrichtung vor diesen Öffnungen (18) angeordneten elastischen Ring (15) gebildet, der durch die Fliehkraft so verformt wird, dass er bei zunehmender Drehzahl die Öffnungen (18) zunehmend verschließt.

Description

Titel: Druckluftmotor für drehangetriebene Werkzeuge
Beschreibung
Die Erfindung betrifft einen Druckluftmotor für drehangetriebene Werkzeuge, zum Beispiel Schleifgerate mit einem Regler zur Drehzahlbegrenzung nach dem Oberbegriff des Schutzanspruches 1. Als Druckluftmotoren kommen Turbinen, Lamellenmotoren und Zahnradmotoren in Betracht. Druckluftantriebe mit einem Regler sind zum Beispiel aus der DE 43 20 532 Cl und der DE 44 28 039 Cl bekannt.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, bei einem solchen Motor einen Regler zu schaffen, der zuverlässig eine Drehzahlbegrenzung auf einen bestimmten Wert möglich macht.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch die Merkmale nach dem Kennzeichen des Schutzanspruches 1. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen definiert .
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im Folgenden anhand der beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es stellen dar:
Figur 1 einen Querschnitt durch ein Ausführungsbeispiel;
Figur 2 den rechten Teil in Figur 1 in vergrößerter Darstellung;
Figur 2a den elastischen Ring 15 mit den unmittelbar umgebenden Bauteilen in einer Stellung, in der er die Öffnungen 18 verschließt; Figuren
3(a) bis (g) die Hälften 51 und 52 des Turbinenrades 50, die Lagerplatte 3, die Luftleitplatte 13, die Lochplatten 11 und 12 sowie den Regler 10, jeweils in perspektivischer Darstellung;
Figur 4 einen Schnitt m Richtung der Pfeile IV-IV in Figur 2.
Figur 1 zeigt ein mit einem Druckluftmotor gemäß der Erfindung betriebenes Schleifgerat , das in der Realität etwa die 1/3- bis 1,5-fache Große wie in der Zeichnung aufweist und von der Person, die damit arbeitet, in der Hand gehalten wird. Es kommen aber auch eine Werkzeugspindel beziehungsweise ein Roboterwerkzeug in Betracht.
Das Schleifgerat weist zwei miteinander verschraubte Gehauseteile 1 und 2 auf. Am rechten Ende ist auf das Gehauseteil 1 ein Deckel 9 aufgeschraubt. Zwischen die Gehauseteile 1 und 2 ist eine Lagerplatte 3 (vgl. Figur 3[c]) eingespannt, die entlang ihres Umfanges mit Offnungen 4 versehen ist. In ihrem Inneren halt die Lagerplatte 3 ein Kugellager 5, in dem die Spindel 6 drehbar gelagert ist. Am linken Ende tragt die Spindel 6 eine Aufnahme 100, in die zum Beispiel ein Schleifwerkzeug eingespannt werden kann.
Mit der Spindel 6 mittels eines Gewindes 7 fest verschraubt ist ein Regler 10 (Figur 3[g]), gebildet durch eine erste Platte 11, eine zweite Platte 12 (Figur 3[e]) und eine Luftleitplatte 13 (Figur 3[d]). Die Platte 12 weist eine Nabe 14 auf. Auf der Nabe 14 sitzt ein elastischer und im Querschnitt kreisförmiger Ring 15, im Prinzip ein O-Ring, der das eigentliche Regelungselement bildet. Im Anschluss an die Nabe 14 weist die Platte 12 einen Flansch 16 auf, der entlang eines Kreises mit Offnungen 17 versehen ist. Die Anordnung ist derart, dass ein durch die Offnungen 17 m den Raum 25 eintretender Druckluftstrom auf den Ring 15 gerichtet ist und in der gezeigten Stellung durch diesen nach oben abgelenkt wird.
Die Platte 11 weist Öffnungen 18 auf (vergleiche Figur 3[e]), die ebenfalls auf einer Kreislinie liegen, deren Radius jedoch etwas größer ist als der Radius, auf dem die Öffnungen 17 liegen. Die Löcher 18 sind zum Teil in den Boden 19 dieser topfartig ausgebildeten Platte 11 und zum Teil im Rand 20 der Platte 20 vorgesehen. Zwischen dem Boden 19 und dem Rand 20 der topfartig ausgebildeten ersten Platte 11 und dem Flansch 16 der zweiten Platte 12 andererseits befindet sich ein Raum 25. Ein durch die Öffnungen 17 in den Raum 25 eintretender Luftstrom kann also, sofern der Ring 15 die gezeigte Stellung einnimmt, an diesem vorbei von den Öffnungen 17 zu den Öffnungen 18 hindurchfließen. Durch die Öffnungen 18 in der Platte 11 tritt dann der Luftstrom in eine Kammer 26 in der Luftleitplatte 13 (vergleiche Figur 3[d]) ein. Über drei entlang des Umfangs verteilte radiale Kanäle 27 fließt dann der Luftstrom über Öffnungen 28 in die Bohrung 30, die axial in der Spindel 6 vorgesehen ist.
Vorstehend wurde der Weg des Luftstroms von den Öffnungen 17 in die Bohrung 30 beschrieben. Zu den Öffnungen 17 gelangt der Luftstrom über den zentralen Lufteintrittskanal 40 im Gehäuseteil 1 und eine sich konisch erweiternde Kammer 35, die zwischen der ebenfalls konischen Trennhülse 41 und dem Regler 10 ausgebildet ist. Die Trennhülse 41 ist zwischen Gehäuseteil 1 und Lagerplatte 3 eingespannt.
Aus der Bohrung 30 in der Spindel 6 tritt der Luftstrom durch die Bohrung 45 in vier Düsen 85, 86, 87 und 88 ein, die zwischen den vier Luftleitschaufeln 81, 82, 83 und 84 ausgebildet sind. Um dies zu erreichen, sind je zwei Luftleitschaufeln an einer der beiden spiegelbildlich ausgebildeten Hälften 51, 52 (vergleiche Figur 3[a] und [b] ) des Turbinenrades 50 vorgesehen. Die Hälften 51, 52 werden um 90° versetzt ineinander gefügt und durch Anziehen der mit dem Gewinde 7 versehenen Platte 11 am Ende der Spindel 6 zusammengehalten (siehe Figur 2) . Die Düsen 85, 86, 87 und 88 verlaufen in einer senkrecht zur Spindel 6 liegenden Ebene. Der Luftstrom tritt tangential zur Kreisform der Turbinenräder aus den Düsen aus und treibt damit durch Rückstoß die Spindel 6 und mit ihr ein von ihr aufgenommenes Werkzeug an.
Fließt der Luftstrom von der Kammer 35 über die Öffnungen 17, die Kammern 25, die Öffnungen 18, die Kammern 26, die Kanäle 27 und die Öffnungen 28 in die Bohrung 30, so erfolgt eine drehzahlabhängige Regelung dadurch, dass sich der elastische Ring 15 infolge der auf ihn wirkenden Fliehkraft und der Abstützung an den Öffnungen 18 und dem Rand 20 abplattet und dabei eine ovale Form mit horizontaler Lage der längeren Achse annimmt. Derart verschließt der Ring 15 mit zunehmender Drehzahl die Öffnungen 18 (vgl. Figur 2a). Die möglichen Zwischenstellungen hängen von der Drehzahl und damit der Fliehkraft ab. Auf diese Weise stellt sich eine bestimmte Drehzahl ein, die geringer als die maximal erreichbare ist. Fällt die Drehzahl ab, gibt der Ring 15 die Löcher 18 wieder frei .
Der Rückfluss der Luft erfolgt über den Raum 60, der sich zwischen den Turbinenrädern 51, 52 und dem Gehäuseteil 2 ergibt, ferner über die Öffnungen 4 in der Lagerplatte 3 und den ringförmigen Raum 61 zwischen Trennhülse 41 und dem Gehäuseteil 1. Von dort fließt der Luftstrom durch die Auslasskanäle 70 im Gehäuseteil 1 und den Durchlass 71 zwischen Deckel 9 und dem stutzenartigen Ende des Gehäuses 1.
Auf diese Weise wird eine zuverlässige und einfache Drehzahlbegrenzung, zum Beispiel auf etwa 45.000 U/min im Bereich optimaler Ausnutzung der im Luftstrom enthaltenen Energie erreicht. Sie hängt insbesondere von den Dimensionen der Öffnungen 17, 18 der Größe des Ringes 15 und seiner Elastizität ab. Üblicherweise beträgt der Druck, der an industriellen Arbeitsplätzen, wo derartige Geräte eingesetzt werden, bereit steht und mit dem derartige Schleifgerate betrieben werden, ca. 6 - 7 bar.

Claims

Patentansprüche
1. Druckluftmotor für ein drehangetriebenes Werkzeug, beispielsweise ein Schleifgerät , bei dem die Druckluft eine Spindel, die an ihrem Ende eine Aufnahme für ein Werkzeug trägt, in Drehrichtung antreibt, und der ein unter dem Einfluss der Fliehkraft seine Form und/oder seine Lage veränderndes Regelungselement aufweist, das in Abhängigkeit von der Drehzahl die Öffnungen mehr oder weniger abdeckt beziehungsweise freigibt, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungen (18) auf einer Platte
(11) entlang einer Kreislinie angeordnet sind und das Regelungselement (15) durch einen in Strömungsrichtung vor diesen Öffnungen (18) angeordneten elastischen Ring
(15) gebildet wird, der durch die Fliehkraft so verformt wird, dass er bei zunehmender Drehzahl die Öffnungen
(18) zunehmend verschließt.
2. Druckluftmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ring (15) in einer Kammer (25) angeordnet ist, in die die Druckluft über weitere Öffnungen (17) in einer weiteren Platte (11) zuströmt und aus der sie durch die erstgenannten Öffnungen (18) abströmt, wobei diese weiteren Öffnungen (17) entlang einer Kreislinie angeordnet sind, deren Radius geringer ist als der Radius der Kreislinie, entlang der die erstgenannten Löcher (18) angeordnet sind, und der Ring (15) in nicht verformter Lage einen Durchlass zwischen den weiteren Öffnungen (17) und den erstgenannten Öffnungen (18) freigibt .
3. Druckluftmotor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erstgenannte Platte (11) und die zweitgenannte Platte (12) sich im Wesentlichen senkrecht zur Drehachse der Spindel (6) erstrecken und zwischen sich die Kammer
(25) bilden.
4. Druckluftmotor nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungen (17), über die die Druckluft in die Kammer (25) zuströmt, auf den Ring (15) gerichtet sind.
5. Druckluftmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckluft aus den erstgenannten Öffnungen (18) in das Innere einer Luftleitplatte (13) übertritt, aus der er durch eine Bohrung (28) gelangt, die in der Spindel (6) einen Kanal (30) bildet, aus dem er in das die Düsen (85 - 88) aufweisende Turbinenrad (50) eintritt.
6. Druckluftmotor nach einem der Ansprüche 1 - 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Regler (10), bestehend aus den beiden mit Öffnungen (17, 18) versehenen Platten (11, 12) und der Luftleitplatte (13) fest mit der Spindel (6) verbunden ist.
7. Druckluftmotor nach einem der Ansprüche 1 - 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsen (85, 86, 87, 88) durch Luftleitschaufeln (81, 82, 83, 84) gebildet werden, die auf mindestens einer Hälfte (51, 52) eines Turbinenrades (51, 52) angeordnet sind und dass das Turbinenrad (50) mit der Spindel (6) mitdreht.
8. Druckluftmotor nach einem der Ansprüche 1 - 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuführung der Druckluft zu dem Regler (10) durch eine im Wesentlichen konische, sich in Strömungsrichtung erweiternde Trennhülse (41) erfolgt, die den Regler (10) umgibt, und dass der Kanal zum Rückfluss der Druckluft nach Austritt aus den Düsen (85, 86, 87, 88) durch den Raum (61) zwischen Trennhülse (41) und Gehäuse (1) erfolgt.
9. Druckluftmotor nach einem der Ansprüche 1 - 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Spindel (6) in dem Gehäuse (1, 2) in einem Lager (5) gelagert ist, das von einer Lagerplatte (3) gehalten wird, wobei das die Düsen (85, 86, 87, 88) aufweisende Turbinenrad (50) auf einer Seite der Lagerplatte (3) und der mit der Spindel (6) mitdrehende Regler (10) auf der anderen Seite der Lagerplatte (3) angeordnet sind, und dass die Lagerplatte (3) Öffnungen (4) zum Durchtritt der rückfließenden Druckluft aufweist.
10. Druckluftmotor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Turbinenrad (50) durch zwei Hälften gebildet wird, die je mit zwei Luftleitschaufeln (81, 82; 83, 84) versehen sind, die beim Zusammenfügen miteinander die Düsen (85, 86, 87, 88) bilden.
11. Druckluftmotor nach einem der Ansprüche 1 - 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsen (85, 86, 87, 88) durch Luftleitschaufeln (80 - 83) gebildet werden, die zwischen zwei Hälften (51, 52) des Turbinenrades (50) angeordnet sind.
12. Druckluftmotor nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Hälften (51, 52) des Turbinenrades (50) an ihren die Luftleitschaufeln (81, 82, 83, 84) tragenden Seiten spiegelbildlich ausgebildet sind.
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