DE202006005899U1

DE202006005899U1 - Druckluftmotor für drehangetriebene Werkzeuge

Info

Publication number: DE202006005899U1
Application number: DE202006005899U
Authority: DE
Original assignee: Schmid and Wezel GmbH and Co
Current assignee: Schmid and Wezel GmbH and Co
Priority date: 2006-04-05
Filing date: 2006-04-05
Publication date: 2007-08-09
Anticipated expiration: 2016-04-06
Also published as: EP2002086B1; RU2008139150A; US20090180859A1; JP4734424B2; CN101346531A; US8292569B2; ES2344085T3; EP2002086A1; WO2007112795A1; DE502007003661D1; DK2002086T3; JP2009522505A; CN101346531B; RU2406828C2; ATE467036T1

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, 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.

Description

Die Erfindung betrifft einen Druckluftmotor für drehangetriebene Werkzeuge, zum Beispiel Schleifgeräte 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 C1 und der DE 44 28 039 C1 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:
1 einen Querschnitt durch ein Ausführungsbeispiel;
2 den rechten Teil in 1 in vergrößerter Darstellung;
2a den elastischen Ring 15 mit den unmittelbar umgebenden Bauteilen in einer Stellung, in der er die Öffnungen 18 verschließt;
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;
4 einen Schnitt in Richtung der Pfeile IV-IV in 2.
1 zeigt ein mit einem Druckluftmotor gemäß der Erfindung betriebenes Schleifgerät, das in der Realität etwa die 1,3- bis 1,5-fache Größe 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 Schleifgerät weist zwei miteinander verschraubte Gehäuseteile 1 und 2 auf. Am rechten Ende ist auf das Gehäuseteil 1 ein Deckel 9 aufgeschraubt. Zwischen die Gehäuseteile 1 und 2 ist eine Lagerplatte 3 (vgl. 3[c]) eingespannt, die entlang ihres Umfanges mit Öffnungen 4 versehen ist. In ihrem Inneren hält die Lagerplatte 3 ein Kugellager 5, in dem die Spindel 6 drehbar gelagert ist. Am linken Ende trägt 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 (3[g]), gebildet durch eine erste Platte 11, eine zweite Platte 12 (3[e]) und eine Luftleitplatte 13 (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 Öffnungen 17 versehen ist. Die Anordnung ist derart, dass ein durch die Öffnungen 17 in 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 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 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 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 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. 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 Schleifgeräte betrieben werden, ca. 6–7 bar.

1, 2: Gehäuseteile
3: Lagerplatte
4: Öffnungen in 3
5: Lager
6: Spindel
7: Gewinde zwischen 10 und 6
8: Öffnung in 9
9: Deckel
10: Regler
11: erste Platte
12: zweite topfartige Platte
13: Luftleitplatte
14: Nabe
15: elastischer Ring, O-Ring
16: Flansch
17: Öffnungen in 12
18: Öffnungen in 11
19: Boden von 11
20: Rand von 11
25: Raum in 10
26: Kammern
27: Kanäle
28: Öffnungen
30: Kanal in 6
40: zentraler Lufteinlasskanal
41: Trennhülse
45: Bohrung
50: Turbinenrad
51, 52: Hälften des Turbinenrades 50
60: Raum
61: Raum
70: Auslasskanal
71: Durchlass
81, 82, 83, 84: Luftleitschaufeln
85, 86, 87, 88: Düsen
100: Aufnahme für ein Schleifwerkzeug

Claims

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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.