DRUCKLUFTMOTOR

Die Erfindung betrifft einen ölfrei betreibbaren Druckluftmotor mit einem eine Führungsbohrung aufweisenden Gehäuse und einem darin drehbar gelagerten Rotor, wobei der Rotor mit nach aussen verlaufenden Schlitzen versehen ist, in denen plattenförmige Lamellen durch die Fliehkraft radial verschiebbar gelagert sind und im Bereich der Lamellen zwischen der Aussenseite des Rotors und der Führungsbohrung des Gehäuses eine die Aussenseite der Lamellen umhüllende, im wesentlichen zylindrische, frei rotierbare Flughülse angeordnet ist und die Flughülse an ihrem Mantel mehrere Durchtrittsöffnungen für die Druckluft aufweist und wobei die Flughülse und/oder die Lamellen aus Kunststoff bestehen.

Der Stand der Technik kennt verschiedene Arten von Lamellenmotoren (Vane - Motoren), die mit Druckluft zu betreiben sind. Das europäische Patent EP-B1-394651 beschreibt einen Aufbau mit einem Rotor und durch Fliehkraft verschiebbare Lamellen, wobei der Rotor in einer Flughülse angeordnet ist, die innerhalb einer Bohrung eines Gehäuses untergebracht ist.

Diese Flughülse hat die Aufgabe, zu verhindern, dass die Lamellen an der Innenwand des Gehäuses scheuem. Im Betrieb drehen sich somit der Rotor und die Flughülse.

Die Bohrung des Gehäuses ist bei diesem bekannten Aufbau nicht Zylinderförmig, sondern an einer Seite durch eine Tasche nicht-zylindrisch verformt. Dies deshalb, weil man offensichtlich der Ansicht war, dass eine Druckluftzuführung in den Raum zwischen der Flughülse und der äusseren Zylinderwand erforderlich ist. Als weiterer Grund ist die einseitige ausserzylindrische Verformung vermutlich erforderlich geworden, weil sich durch die Druckbelastung der axial einströmenden Druckluft in den Raum zwischen dem Rotor und der Flughülse auch eine tendenzielle Seitenverschiebung der Flughülse ergab, die durch das zusätzliche radiale Spiel in der Ausnehmung ausgeglichen werden konnte.

Durch die nicht-zentrische Ausbildung der Bohrung Im Gehäuse ergibt sich nicht nur ein erhöhter Herstellungsaufwand, sondern während des Betriebes auch ein Luftverlust, der sich in einem geringen Wirkungsgrad äussert.

Die Firma Boeing hat im US-Patent US-A-4197061 einen Druckluftmotor offenbart, der ohne exzentrische Ausnehmungen in der Gehäusebohrung auskommt, dafür jedoch eigene Luftführungskanäle an der Innenwand des Gehäuses vorsieht, die mittels Druckluft versorgt werden und so den Raum zwischen Flughülse und Gehäuse mit Druckluft füllen. Die Herstellung dieser zusätzlichen Kanäle ist jedoch sehr aufwendig und unterbricht die zylindrische Ausbildung der Gehäusebohrung, was ebenfalls zu Leistungsverlusten führen kann.

In einem weiteren Dokument aus dem Stand der Technik, dem US-Patent USA-4648819 ist eine Pumpe beschrieben, die ebenso eine Flughülse aufweist. Diese Flughülse ist an ihrer Aussenseite mit verschiedenartigen Nuten versehen, die dem Transport des zu pumpenden Mediums dienen sollen. Das Herstellen der-teilweise über den Umfang der Hülsen erstreckten - Nuten an Flughülsen, die selber nur aus einem relativ dünnwandigen Material aufgebaut sind, ist eine relativ aufwendige Massnahme. Dieser bekannte Aufbau gibt keinerlei Anleitung zur Herstellung eines Druckluftmotors.

Aus der US 4616985 Ist ein Druckluftkompressor, der in einem Rotor radial verschiebbare Lamellen und eine diese umgebende Hülse mit Öffnungen aufweist. Diese Hülse besteht aus einer Leichtmetalllegierung. Der Druckluftkompressor ist relativ langsam laufend und Verschleissprobleme sind daher eher gering.

Die im Stand der Technik angegebenen Druckluftmotoren mit Flughülse sollen -wie schon erwähnt - Insbesondere die Reibung vermindern, die zwischen den Lamellen und dem Aussengehäuse bei anderen Druckluftmotoren auftritt und dadurch einen ölfreien Betrieb ermöglichen.

Insbesondere bei Geräten, die im Bereich der Chirurgie eingesetzt werden sollen, ist es wichtig, dass Druckluftmotoren ohne Ölschmierung angeboten werden können, da keinerlei Schmieröl in den menschlichen Körper gelangen darf. In der Chirurgie eingesetzte Druckluftmotoren können aufgrund ihrer hohen Drehzahlen (bis ca. 80'000 U/min) nur schlecht so abgedichtet werden, dass es zu keinen Leckluftverlustert und damit verbundenem Ölaustrag aus dem Druckluftmotor kommt.

Die US4120623 offenbart einem Druckluftmotor nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, einen ölfrei-betreibbaren Druckluftmotor mit verbessertem Wirkungsgrad zu schaffen, dessen Herstellung nicht besonders erschwert sein soll.

Gelöst wird diese Aufgabe durch die Anwendung der Merkmale des Anspruches 1.

Durch den Einsatz einer gelochten, bzw. mit durch die Wandung hindurchgehenden Durchtrittsöffnungen versehenen Flughülse kommt es zu einer überraschend guten Lagerung der Flughülse, sowohl in statischer Hinsicht, als auch hinsichtlich einer geringen Reibung gegenüber den Lamellen des Rotors als auch gegenüber der Innenwand des Aussengehäuses.

Die Luftanschlüsse für Lufteintrag und Luftaustass müssen bei dem erfindungsgemässen System nicht besonders ausgebildet werden, wobei sie bevorzugt entgratet, bzw. sandgestrahlt sind, um die Strömungseffizienz noch zu verbessern.

Der Rotor kann mit ausser-radialen Lamellen versehen sein, bevorzugt sind die Lamellen jedoch in radialen Schlitzen angeordnet und nicht zwangsgesteuert. Als Material für die Lamellen und/oder für die Flughülse wird Kunststoff, insbesondere Phenolharz-Baumwollteinstgewebe, verwendet.

Die Durchtrittsöffnungen in der Flughülse sind am Umfang und/oder über die Baulänge der Flughülse unregelmässig verteilt angeordnet. Sie können den Bedürfnissen entsprechend und von der Baulänge der Flughülse abhängig unterschiedlich verteilt, bzw. unterschiedlich ausgebildet sein.

So sind die Durchtrittsöffnungen hinsichtlich des geräuschoptimierten Verhaltens der Flughülse bevorzugt statistisch bzw. zufällig verteilt, d.h.: dass in Umfangsrichtung der Flughülse möglichst keine regelmässigen Abstände zwischen den Bohrungen vorliegen. Dies verhindert, dass bei den hohen Drehzahlen im Luftmedium dominante Töne erzeugt werden können.

Nach einer besonderen Ausbildungsform können die Durchtrittsöffnungen n auch so verteilt angeordnet werden, dass die Durchtrittsöffnungen bewusst komplementäre Töne erzeugen, so dass ein "weisses Rauschen" (d.h. ein für den Beobachter unhörbares Rauschen) entsteht

Die Durchtrittsöffnungen sind vorteilhaft als im wesentlichen radial verlaufende Bohrungen ausgebildet. Bohrungen sind sehr einfach und wirtschaftlich herstellbar.

Eine weitere zweckmässige Ausführungsform besteht darin, dass die Durchtrittsöffnungen als Schlitze ausgebildet sind. Durch unterschiedliche Länge und Breite der Schlitze kann der gewünschte Durchtrittsquerschnitt optimal festgelegt werden.

Die Schlitze verlaufen vorteilhaft Im wesentlichen in Längsrichtung der Flughülse.

Bei einer weiteren zweckmässigen Ausführungsform verlaufen die Schlitze im wesentlichen wendelförmig. Durch die Wendelform kann der Geräuschpegel reduziert und eine höhere Laufruhe des Rotors erzielt werden.

Einen geräuschverbessemden Effekt nach der oben beschriebenen Art kann man auch dadurch erzielen, dass die Lamellen nicht genau symmetrisch am Umfang des Rotors verteilt angeordnet sind.

Hinsichtlich der Ausbildung der Durchtrittsöffnungen (eventuell schlitzförmig) wird weiters auch ausdrücklich auf das erwähnte US-Patent US-A-4648819 einer Pumpe verwiesen, als die dort gezeigten Nuten und Nutformen erfindungsgemäss auch durchgängig ausgebildet werden könnten, um zum erfindungsgemässen Effekt zu kommen.

Die Flughülse und/oder die Lamellen bestehen vorzugsweise aus Phenolharz-Baumwollfeinstgewebe. Dies ergibt einerseits ein geringes Gewicht und damit verbunden eine geringe Schwungmasse, sodass solche Druckluftmotoren sehr dynamisch, d.h. mit starkem Drehzahlwechsel, betrieben werden können.

Weiterhin ist es zweckmässig, dass die Längsschlitze für die Lamellen etwa parallel versetzt zu den Radialebenen angeordnet sind. Dies ergibt eine grössere von der Druckluft beaufschlagte Fläche als bei radial angeordneten Lamellen.

Bevorzugt sind vier Lamellen vorgesehen, jedoch ist die Erfindung darauf nicht eingeschränkt und es können in Abhängigkeit vom Durchmesser und von der Materialwahl auch mehr oder weniger Lamellen vorgesehen werden.

Die Patentansprüche sind dementsprechend breit auszulegen.

Figurenbeschreibung

Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Das dargestellte Ausführunigsbeispiel entspricht einer bevorzugten Ausführungsform.

Die Bezugszeichenliste und die Fig. 1 und Fig.2 bilden zusammen mit den in den Ansprüchen beschriebenen, beziehungsweise geschützten Gegenständen integrierende Bestandteile der Offenbarung dieser Anmeldung. Die Figuren werden zusammenhängend und übergreifend beschrieben. Gleiche Bezugszeichen bedeuten gleiche Bauteile, Bezugszeichen mit unterschiedlichen Indices geben funktionengleiche Bauteile an.

Es zeigen:

Fig. 1

Einen Längsschnitt durch einen erfindungsgemässen Druckluftmotor;

Fig. 2

einen Querschnitt durch den in Fig. 1 dargestellten Druckluftmotor, entlang der Ebene II-II.

Fig. 3

einen Querschnitt entsprechend Fig. 2 durch eine weitere Ausführung eines erfindungsgemässen Druckluftmotors.

Der aus Fig.1 und 2 ersichtliche Druckluftmotor besteht im wesentlichen aus einem mehrteiligen, insgesamt mit 1 bezeichneten Gehäuse. Im Gehäuse 1 ist ein Rotor 2 mittels Lagern 3,4 drehbar gelagert Der mittlere Bereich des Gehäuses 1 weist eine im wesentlichen zylindrische Führungsbohrung 5 auf. Am vorderen Ende des Rotors 2 befindet sich eine Werkzeugaufnahme 6. Der Rotor 2 weist vier im wesentlichen radial verlaufende Längsschlitze 7 auf. In den Längsschlitzen 7 sind Lamellen 8 radial verschiebbar geführt. Eine Flughülse 9 umgibt die äussere Stirnseite der Lamellen 8 und ist in der Führungsbohrung 5 des Gehäuses 1 frei drehbar gelagert. Die Flughülse 9 rotiert mit dem Rotor 2 im Gehäuse 1, wobei die Drehmitnahme zwischen dem Rotor 2 und der Flughülse 9 nur über Reibung zwischen den Lamellen 8 und der Flughülse 9 erfolgt. Die Flughülse 9 verhindert das Berühren der Lamellen 8 mit der Führungsbohrung 5 und somit auch damit verbundene Abnützungserscheinungen der Lamellen 8 und der Führungsbohrung 5. Das Zuführen der Druckluft erfolgt über einen Zuführkanal 12, der an der rückwärtigen Stirnseite des Rotors 2 in die Führungsbohrung 5 mündet. Der Luftaustritt 13 befindet sich auf der dem Zuführkanal 12 etwa radial gegenüberliegenden Seite.

Die Flughülse 9 ist mit Durchschnittsöffnungen 10,11 versehen. Diese Durchschnittsöffnungen 10,11 dienen dem Durchtritt der Druckluft aus den zwischen den Lamellen 8, der Aussenseite des Rotors 2 und der Innenseite der Flughülse 9 gebildeten Kammern 14. Durch den Durchtritt eines Teils der Druckluft wird auf der Aussenseite der Flughülse 9 ebenfalls ein Luftpolster aufgebaut. Dadurch wird verhindert, dass die Flughülse 9 durch den Innendruck einseitig gegen die Bohrung des Gehäuses 1 gepresst wird und es dadurch zu grossem Verschleiss zwischen der Flughülse 9 und dem Gehäuse 1 kommt. Die Durchschnittsöffnungen 10,11 können bspw. als Bohrungen oder auch als Schlitze ausgebildet werden. Die Durchtrittsöffnungen 10,11 sind vorzugsweise axial und/oder radial gegeneinander versetzt angeordnst. Doch dieses Versetzen der Durchrittsöffnungen können die bei solchen Geräten üblichen hohen Drehzahlen (bis ca. 80'000 U/min) entstehenden Schallwellen positiv beeinflusst werden.

Die Lamellen 8 und/oder die Flughülse 9 werden aus einem Kunststoff, insbesondere Phenolharz-Baumwollfeistgewebe, hergestellt. Dies ergibt einerseits ein geringes Gewicht und damit verbunden eine kleine Schwungmasse, sodass solche Druckluftmotoren sehr dynamisch, d.h. mit starkem Drehzahlwechsel, betrieben werden können.

Der aus Fig. 3 ersichtliche Querschnitt durch eine weitere Ausführung eines erfindungsgemässen Druckluftmotors zeigt ein Gehäuse 21 und einen Rotor 22.

Das Gehäuse 21 weist eine Führungsbohrung 25 auf. Der Rotor 22 ist mit Längsschlitzen 27 versehen, welche jedoch im Gegensatz zu der in Fig. 2 dargestellten Ausführung nicht radial verlaufen, sondern in einer parallel zur Radialebene versetzten Ebene angeordnet sind. In den Längsschlitzen 27 sind ebenfalls Lamellen 28 verschiebbar gelagert. Eine Flughülse 29 umgibt die Aussenseite der Lamellen 28 und ist in der Führungsbohrung 25 des Gehäuses 1 gelagert. Die Flughülse 29 ist mit wenigstens einer Durchschnittsöffnung 30 versehen. Durch die Durchschnittsöffnung 30 kann Druckluft in den Ringspalt zwischen dem Gehäuse 21 und der Flughülse 29 gelangen. Somit wird eine Art Luftpolster aufgebaut, welche ein Abheben der Flughülse 29 von der Führungsbohrung 25 des Gehäuses 21 bewirkt und somit werden Verschleiss-Erscheinungen vermieden. Die Durchschnittsöffnung 30 kann axial und/oder radial an unterschiedlichen Stellen der Flughülse 29 angeordnet werden. Ebenfalls ist es möglich, mehrere Öffnungen am Umfang der Flughülse vorzusehen, wobei die Durchschnittsöffnungen bspw. als Bohrungen oder als Schlitze ausgebildet werden können. Sowohl die Flughülse 29 als auch die Lamellen 28 bestehen vorzugsweise aus einem Kunststoff, bspw. Phenoiharz-Baumwottfeinstgewebe.

Bezugszeichenliste

1

Gehäuse

2

Rotor

3

Lager

4

Lager

5

Bohrung

6

Werkzeugaufnahme

7

Längsschlitz

8

Lamelle

9

Flughülse

10

Öffnung

11

Öffnung

12

Zuführkanal

13

Luftaustritt

21

Gehäuse

22

Rotor

25

Bohrung

27

Längsschlitz

28

Lamelle

29

Flughülse

30

Öffnung