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DE102011105478A1 - Drive machine with energy recovery through a vortex tube - Google Patents

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DE102011105478A1
DE102011105478A1 DE102011105478A DE102011105478A DE102011105478A1 DE 102011105478 A1 DE102011105478 A1 DE 102011105478A1 DE 102011105478 A DE102011105478 A DE 102011105478A DE 102011105478 A DE102011105478 A DE 102011105478A DE 102011105478 A1 DE102011105478 A1 DE 102011105478A1
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Abstract

Eine Energiewandlungsmaschine in der Ausführungsform einer Antriebsmaschine (2), die durch ein unter Druck stehendes Arbeitsfluid (7) als Arbeitsmedium angetrieben wird, wobei Antriebsdruckluft bevorzugt wird. Zur Erhöhung des Wirkungsgrades des Energiewandlungsprozesses in dieser Antriebsmaschine (2) ist in ihr ein Wirbelrohr (5) integriert, das einen Teil der Restenergie, die noch als Druckenergie in dem aus dem Arbeitsraum bzw. den Arbeitsräumen der Antriebsmaschine (2) austretendem Arbeitsfluid (7) vorliegt, zurückgewinnt. Dazu wird die in dem Wirbelrohr (5) zurückgewonnene Energie in Form von Wärme per Wärmeleitung dem Arbeitsfluid (7) innerhalb des Arbeitsraums bzw. der Arbeitsräume der Antriebsmaschine (2) zugeführt. Um dies zu erreichen, wird das Wirbelrohr (5) so angeordnet, dass die warme Seite dieses Wirbelrohrs (5) dem Arbeitsraum bzw. den Arbeitsräumen der Antriebsmaschine (elrohrs (5). Eine solche Antriebsmaschine (2) kann, wie hier beschrieben, als Lamellenmotor umgesetzt werden.An energy conversion machine in the embodiment of a drive machine (2) which is driven by a working fluid (7) under pressure as the working medium, with drive compressed air being preferred. To increase the efficiency of the energy conversion process in this drive machine (2), a vortex tube (5) is integrated in it, which contains part of the residual energy, which is still used as pressure energy in the working fluid (7) emerging from the work space or work spaces of the drive machine (2) ) is recovered. For this purpose, the energy recovered in the vortex tube (5) is supplied in the form of heat by heat conduction to the working fluid (7) within the working space or the working spaces of the drive machine (2). In order to achieve this, the vortex tube (5) is arranged in such a way that the warm side of this vortex tube (5) faces the work space or the work spaces of the drive machine (elrohrs (5). Such a drive machine (2) can, as described here, as Vane motor can be implemented.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Energiewandlungsmaschine in der Ausführungsform einer Antriebsmaschine, die durch ein unter Druck stehendes Arbeitsfluid als Arbeitsmedium angetrieben wird. In der Energiewandlungsmaschine ist ein Wirbelrohr integriert, das einen Teil der Restenergie, die nach als Druckenergie in dem aus der Energiewandlungsmaschine austretendem Arbeitsfluid vorliegt, zum Zwecke der Wirkungsgraderhöhung des Energiewandlungsprozesses in der Energiewandlungsmaschine zurückgewinnt. Wobei die in dem Wirbelrohr zurückgewonnene Energie in Form von Wärme per Wärmeleitung dem Arbeitsfluid innerhalb des Arbeitsraums bzw. der Arbeitsräume der Energiewandlungsmaschine zugeführt wird. Eine solche Energiewandlungsmaschine kann, wie im Folgenden näher beschrieben, als Rotationskolbenmaschine, die zu den Verdrängungsmaschinen gehört, in der Ausführungsform eines Lamellenmotors, der mit Antriebsdruckluft als Arbeitsfluid betrieben wird, umgesetzt werden. Ein Einsatzgebiet eines solchen Lamellenmotors könnte z. B. innerhalb einer mit Antriebsdruckluft betriebene Handmaschine sein, die mit einem Werkzeug ausgestattet ist, das eine Relativbewegung gegenüber einem Werkstück ausübt.The invention relates to an energy conversion machine in the embodiment of a prime mover, which is driven by a pressurized working fluid as the working medium. In the energy conversion machine, a vortex tube is integrated which recovers a part of the residual energy present as pressure energy in the working fluid leaving the energy conversion machine for the purpose of increasing the efficiency of the energy conversion process in the energy conversion machine. Wherein the energy recovered in the vortex tube is supplied in the form of heat by heat conduction to the working fluid within the working space or the work spaces of the energy conversion machine. Such an energy conversion machine can, as described in more detail below, as a rotary piston machine, which is one of the displacement machines, in the embodiment of a multi-disk engine, which is operated with driving compressed air as working fluid, implemented. A field of application of such a vane motor could, for. Example, be within a operated with drive compressed air hand machine, which is equipped with a tool that exerts a relative movement relative to a workpiece.

Im Angesicht von steigenden Rohstoffkosten und schwindender fossiler Energieträger hat das Streben nach effektiver Energieumwandlung eine besondere Bedeutung erlangt. Wobei nicht nur der effektiven „Energieerzeugung” aus fossilen Energieträgern hohe Aufmerksamkeit zukommen sollte, sondern auch den Gerätschaften und Maschinen, die diese „erzeugten” Energieformen für unterschiedlichste Aufgaben nutzen. Dazu gehören u. a. Lamellenmotoren in Handmaschinen.In the face of rising raw material costs and dwindling fossil fuels, the quest for effective energy conversion has become particularly important. Not only the effective generation of energy from fossil fuels should receive a lot of attention, but also the equipment and machinery that uses these "generated" forms of energy for a wide variety of tasks. These include u. a. Slat motors in hand machines.

Das Wirbelrohr wird in der Technik an verschieden Stellen eingesetzt, um Energie effektiv umzuwandeln bzw. zurückzugewinnen. So wird z. B. der klassische Clausius-Rankine Dampfkraftprozess dadurch optimiert, dass innerhalb dieses Prozesses ein Wirbelrohr eingesetzt wird. In der Offenlegungsschrift DE 43 43 088 A1 wird der Einsatz eines Kondensationswirbelrohrs innerhalb eines solchen Kreisprozesses näher beschrieben. Dort geht es jedoch um das Ziel, den gesamten Energiewandlungsprozess zum Zwecke der Wirkungsgraderhöhung so zu beeinflussen, dass er dem Carnot-Kreisprozess angenähert wird. Es geht nicht darum, die Energiewandlung innerhalb einer Antriebsmaschine zu verbessern.The vortex tube is used in various places in the art to effectively convert and recover energy. So z. For example, the classic Clausius-Rankine steam power process is optimized by using a vortex tube within this process. In the published patent application DE 43 43 088 A1 the use of a condensation vortex tube is described in detail within such a cycle. However, it is about the goal of influencing the entire energy conversion process for the purpose of increasing efficiency in such a way that it approximates the Carnot cycle. It's not about improving energy conversion within a prime mover.

Weiterhin ist bekannt ein Wirbelrohr zu nutzen, um Erdgas, das bei einem sehr hohen Druck in einem geologischen Speicher gelagert ist, auf Betriebsdrücke, die für das örtliche Versorgungsnetz üblich sind, zu entspannen. Dabei wird die Druckenergie des gespeicherten Erdgases genutzt, um das Erdgas vorzuwärmen. So fällt z. B. kein Kondensat ohne weiteren zusätzlichen Energieeinsatz aus [1]. In dem hier beschriebenen Stand der Technik geht es zwar um die Rückgewinnung von vorliegender Druckenergie zur Vermeidung eines zusätzlichen Energieeinsatzes, jedoch bezieht sich auch hier nicht das genannte Verfahren auf die Energierückgewinnung mittels eines Wirbelrohrs innerhalb einer Energiewandlungsmaschine.Furthermore, it is known to use a vortex tube to relax natural gas, which is stored at a very high pressure in a geological store, to operating pressures common to the local utility grid. The pressure energy of the stored natural gas is used to preheat the natural gas. So falls z. For example, no condensate without further additional energy input from [1]. While the prior art described herein is concerned with the recovery of existing pressure energy to avoid additional energy input, again, the method does not refer to energy recovery by means of a vortex tube within an energy conversion machine.

Druckluft-Lamellenmotoren, die zu den Rotationskolbenmaschinen gehören, sind häufig eingesetzte, kostengünstige und leichte Antriebsmaschinen. Sie haben einen einfachen und robusten Aufbau bei einer hohen Zuverlässigkeit. Neben diesen Vorteilen bieten sie u. a. noch eine günstige Motorcharakteristik, sowie die Möglichkeit sie bis Stillstand problemlos zu belasten. Sie werden deshalb häufig innerhalb von Handmaschinen eingesetzt [2]. Da jedoch ihr Wirkungsgrad im Vergleich zu anderen Antrieben relativ niedrig und Antriebsdruckluft ein teurer Energieträger ist, werden sie u. a. durch Elektromotoren, die einen hohen Energiewandlungswirkungsgrad haben, ersetzt. Um dieser Entwicklung entgegenzutreten und den Energieverbrauch im allgemeinen von Druckluft-Lamellenmotoren zu senken, ist es sinnvoll daran zu arbeiten, den Wirkungsgrad der Energiewandlung innerhalb eines solchen Motors zu erhöhen. So könnte ein Wirbelrohr, wie weiter unten dargestellt, innerhalb eines Lamellenmotors zur Steigerung des Wirkungsgrades dieser Motorenart eingesetzt werden.Pneumatic multi-disk motors, which are among the rotary piston machines, are commonly used, inexpensive and lightweight drive machines. They have a simple and robust construction with a high reliability. In addition to these advantages, they offer u. a. still a favorable engine characteristics, as well as the possibility to burden them to standstill without problems. They are therefore often used within manual machines [2]. However, since their efficiency compared to other drives relatively low and drive air pressure is a costly energy source, they are u. a. replaced by electric motors, which have a high energy conversion efficiency. In order to counteract this development and to reduce the energy consumption in general of pneumatic multi-disk motors, it makes sense to work to increase the efficiency of energy conversion within such a motor. Thus, a vortex tube, as shown below, could be used within a vane motor to increase the efficiency of this type of engine.

Die Verbesserung des Wirkungsgrades einer Verdrängungsmaschine in der Ausführungsform einer Antriebsmaschine, die mit einem komprimierten gasförmigen Arbeitsfluid z. B. Antriebsdruckluft betrieben wird, könnte durch die Zufuhr von Wärme aus der Umgebung an das Arbeitsfluid während der Expansion desselben erfolgen. Durch die Wärmezufuhr ergäbe sich, wie in [3] beschrieben, nicht eine adiabate sondern eine isotherme Expansion des gasförmigen Arbeitsfluids innerhalb des Arbeitsraums bzw. der Arbeitsräume einer solchen Antriebsmaschine. So hat eine isotherme Expansion ein höheres Arbeitsvermögen des Arbeitsfluids zur Folge. Da jedoch die Temperaturdifferenz zwischen dem Arbeitsfluid innerhalb des Arbeitsraumes bzw. der Arbeitsräume der Maschine und der Umgebung relativ klein ist, sowie das Maschinengehäuse eine effektive Wärmeleitung behindert, kommt es nicht zu diesem gewünschten Effekt.The improvement of the efficiency of a displacement machine in the embodiment of a prime mover, with a compressed gaseous working fluid z. B. driving compressed air is operated, could be done by the supply of heat from the environment to the working fluid during the expansion of the same. The heat supply would, as described in [3], not an adiabatic but an isothermal expansion of the gaseous working fluid within the working space or the working spaces of such a prime mover. Thus, an isothermal expansion results in a higher working capacity of the working fluid. However, since the temperature difference between the working fluid within the working space and the working spaces of the machine and the environment is relatively small, and the machine housing hinders effective heat conduction, this desired effect does not occur.

Eine weitere Möglichkeit den Wirkungsgrad einer Verdrängungsantriebsmaschine zu optimieren, wäre durch eine vollständige Expansion des gasförmigen Arbeitsfluids innerhalb des Arbeitsraumes bzw. der Arbeitsräume gegeben. Die vollständige Ausnutzung der Expansionsarbeit des Arbeitsfluids ist jedoch häufig durch die Bauweise von Antriebsmaschinen begrenzt. Bei der Verwendung von Antriebsdruckluft als Arbeitsfluid kommt noch als zusätzliche Schwierigkeit die mögliche Vereisung des Luftauslasses der Antriebsmaschine hinzu.Another way to optimize the efficiency of a positive displacement drive machine would be given by a complete expansion of the gaseous working fluid within the working space or the work spaces. However, full exploitation of the expansion work fluid is often due to the design of Limited drive machines. When using propulsion compressed air as the working fluid is added as an additional difficulty, the possible icing of the air outlet of the drive machine.

Ausgehend von dem vorstehend geschilderten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine mit einem unter Druck stehenden Arbeitsfluid betriebene Antriebsmaschine zur Verfügung zu stellen, die mit Hilfe eines Wirbelrohrs die ungenutzte Druckenergie innerhalb des aus dem Arbeitsraum bzw. den Arbeitsräumen der Antriebsmaschine austretenden Arbeitsfluids für den Energiewandlungsprozess zurückgewinnt.Based on the above-described prior art, the present invention seeks to provide a powered with a pressurized working fluid drive machine available with the help of a vortex tube, the unused pressure energy within the emerging from the working space or the working spaces of the engine working fluid for the energy conversion process.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass eine mit einem unter Druck stehenden Arbeitsfluid betriebene Antriebsmaschine mindestens einen Arbeitsraum und ein Wirbelrohr umfasst, wobei das Wirbelrohr so angeordnet ist, dass die warme Seite dieses Wirbelrohrs dem Arbeitsraum bzw. den Arbeitsräumen der Antriebsmaschine näher gelegen ist, als die kalte Seite des Wirbelrohrs, wobei dieses Wirbelrohr mit dem aus den Arbeitsraum bzw. Arbeitsräumen austretenden Arbeitsfluid betrieben wird.The object is achieved according to the invention in that a drive machine operated with a pressurized working fluid comprises at least one working space and a vortex tube, wherein the vortex tube is arranged such that the warm side of this vortex tube is closer to the working space or work spaces of the drive machine, as the cold side of the vortex tube, said vortex tube is operated with the emerging from the working space or work spaces working fluid.

Auf diese Art und Weise kann die Wärme, die in dem Wirbelrohr durch den thermischen Separationseffekt desselben separiert wird, leicht per Wärmeleitung dem Arbeitsfluid in dem Arbeitsraum bzw. den Arbeitsräumen der Antriebsmaschine zugeführt werden. Diese Wärmeenergie, die dem Arbeitsfluid auf diesem Wege zugeführt wird, steht somit noch mal dem Energiewandlungsprozess innerhalb des Arbeitsraums bzw. der Arbeitsräume der Antriebsmaschine zur Verfügung. Es findet somit in dieser neuartigen Antriebsmaschine eine Energierückgewinnung statt. Der Wirkungsgrad der erfindungsgemäßen Antriebsmaschine ist im Vergleich zu aus dem Stand der Technik bekannten Antriebsmaschinen erheblich erhöht.In this way, the heat which is separated in the vortex tube by the thermal separation effect thereof, can be easily supplied by heat conduction to the working fluid in the working space or the work spaces of the engine. This thermal energy, which is supplied to the working fluid in this way, is thus once again the energy conversion process within the working space or the working spaces of the drive machine available. It thus takes place in this novel drive engine energy recovery. The efficiency of the drive machine according to the invention is considerably increased in comparison to known from the prior art drive machines.

Da der thermische Separationseffekt eines Wirbelrohrs besonders hoch ist, wenn es mit einem Gas betrieben wird, sollte auch als Arbeitsfluid für die Antriebsmaschine ein komprimiertes Gas verwendet werden.Since the thermal separation effect of a vortex tube is particularly high when it is operated with a gas, a compressed gas should also be used as the working fluid for the engine.

Wird die neuartige Antriebsmaschine als Verdrängungsmaschine ausgelegt und mit einem komprimierten Gas betrieben, ergibt sich, verursacht durch die Wärmezufuhr vom Wirbelrohr, eine polytrope Zustandsänderung des Gases innerhalb des Arbeitsraumes bzw. der Arbeitsräume der Antriebsmaschine. In diesem Fall ist der Polytropenexponent der Zustandsänderung innerhalb der neuartigen Antriebsmaschine kleiner, als der Polytropenexponent der Zustandsänderung innerhalb einer vergleichsweise bauähnlichen konventionellen Antriebsmaschine. Eine polytrope Zustandsänderung mit diesem kleineren Polytropenexponent führt zu einem höheren Arbeitsvermögen des komprimierten Gases. Eine solche Zustandsänderung, verursacht u. a. durch die Wärmezufuhr von einem Wirbelrohr, ist aus diesem Grunde zu bevorzugen.If the novel drive machine designed as a displacement machine and operated with a compressed gas, resulting from the heat input from the vortex tube, a polytrope state change of the gas within the working space or the working spaces of the drive machine. In this case, the polytropic exponent of the state change within the novel prime mover is smaller than the polytropic exponent of the state change within a comparatively construction-like conventional prime mover. A polytropic change of state with this smaller polytropic exponent leads to a higher working capacity of the compressed gas. Such a change of state causes u. a. by the supply of heat from a vortex tube is to be preferred for this reason.

Komprimiertes Gas in der Form von Antriebsdruckluft findet häufig als Energieträger Verwendung. So sollte in der hier vorgeschlagenen Erfindung auch Antriebsdruckluft als Arbeitsfluid eingesetzt werden. Da ein Wirbelrohr zusätzlich zum thermischen Separationseffekt noch eine Stofftrennung vornimmt, ist davon auszugehen, dass in der Antriebsdruckluft eventuell vorhandene Feuchtigkeit über die warme Seite des Wirbelrohrs aus der Erfindung entweicht und nicht in der kalten Seite des Wirbelrohrs zu Vereisungen führt. Vermutlich werden auch feinste Teilchen und Öl in der Antriebsdruckluft über die warme Seite des Wirbelrohrs aus der neuartigen Antriebsmaschine entweichen.Compressed gas in the form of driving compressed air is often used as an energy carrier. Thus, in the invention proposed here also driving compressed air should be used as a working fluid. Since a vortex tube in addition to the thermal separation effect still carries out a separation, it is assumed that any moisture escaping through the warm side of the vortex tube from the invention in the drive compressed air and does not lead to icing in the cold side of the vortex tube. Presumably even the finest particles and oil in the driving compressed air will escape via the warm side of the vortex tube from the new drive unit.

Trotzdem sollte für einen sicheren Betrieb der Erfindung gefilterte, quasi ölfreie und getrocknete Antriebsdruckluft in der neuartigen Antriebsmaschine verwendet werden.Nevertheless, for a safe operation of the invention filtered, virtually oil-free and dried driving compressed air should be used in the novel drive machine.

Die erfindungsgemäße Antriebsmaschine sollte in einer vorteilhaften Ausführungsform als Rotationskolbenmaschine mit mindestens einem Rotor aufgebaut werden. Mindestens ein Rotor dieser Rotationskolbenmaschine umfasst dabei das die Energie zurückgewinnende Wirbelrohr. Dieser Rotor ist mit einem Hohlraum so auszugestalten, dass dieser Hohlraum das besagte Wirbelrohr aufnimmt oder das Wirbelrohr selbst bildet.The drive machine according to the invention should be constructed in an advantageous embodiment as a rotary piston machine with at least one rotor. At least one rotor of this rotary piston machine comprises the energy recovering vortex tube. This rotor is to be designed with a cavity in such a way that this cavity accommodates said vortex tube or forms the vortex tube itself.

Eine bevorzugte Bauart einer Rotationskolbenmaschine ist der Lamellenmotor. Ein Lamellenmotor bietet u. a. den Vorteil, dass die Antriebsdruckluft häufig mit Schallgeschwindigkeit aus den Arbeitsräumen des Lamellenmotors austritt und diese hohe Geschwindigkeit des Arbeitsgases besonders gut von einem Wirbelrohr genutzt werden kann. Zusätzlich kann der Rotor eines Lamellenmotors auf einfache Art und Weise hohl ausgeführt werden, wenn er entlang seiner Längsachse durchbohrt wird. So ist es möglich ein Wirbelrohr in eine solche Bohrung im Rotor des Lamellenmotors einzusetzen.A preferred type of rotary piston engine is the vane motor. A vane motor offers u. a. the advantage that the drive pressure air often emerges at the speed of sound from the working spaces of the multi-disk motor and this high speed of the working gas can be used particularly well by a vortex tube. In addition, the rotor of a vane motor can be made hollow in a simple manner when it is pierced along its longitudinal axis. So it is possible to use a vortex tube in such a hole in the rotor of the multi-disk motor.

Sinnvoll erscheint es, das Wirbelrohr innerhalb eines Lamellenmotors so zu gestallten, dass es zusätzlich als Antriebswelle des Motors genutzt werden kann. Der Rotor des Lamellenmotors wird dabei von der als Wirbelrohr fungierenden Antriebswelle mit Hilfe von Lagern drehbar gehalten. Der Rotor und das Wirbelrohr sind dabei drehfest miteinander zu verbinden.It makes sense to make the vortex tube within a multi-disk motor so that it can also be used as a drive shaft of the engine. The rotor of the multi-disk motor is thereby rotatably supported by the drive shaft acting as a vortex tube by means of bearings. The rotor and the vortex tube are rotatably connected to each other.

Damit das Wirbelrohr im Rotor eines Lamellenmotors ausreichend Platz zur Verfügung hat, sollte der Motor mit einer versetzten Lamellenanordnung, wie in der Habilitationsschrift von Hans-Jörg Barth [4] dargestellt, ausgeführt werden. In order for the vortex tube in the rotor of a multi-disc motor has sufficient space available, the motor with a staggered lamellar arrangement, as in the habilitation thesis of Hans-Joerg Barth [4].

Um den Wärmetransport von der warmen Seite des Wirbelrohrs zum Arbeitsfluid innerhalb der Arbeitsräume eines Lamellenmotors zu optimieren, sollte der Rotor des Lamellenmotors mit Kühlrippen ausgestattet werden.In order to optimize the heat transfer from the hot side of the vortex tube to the working fluid within the working chambers of a multi-disk motor, the rotor of the multi-disk motor should be equipped with cooling fins.

Die warme Seite eines Wirbelrohrs kann sehr lang relativ zur kalten Seite sein. Damit das Wirbelrohr im Allgemeinen nicht besonders lang wird und im Besonderen auf seiner warmen Seite nicht erheblich länger als der Rotor des Lamellenmotors wird, sollten konstruktive Maßnahmen dies verhindern. Solche konstruktiven Maßnahmen werden in einem Zeitschriftenartikel von B. B. Parulekar [5] vorgeschlagen und sollten in der erfindungsgemäßen Antriebsmaschine genutzt werden.The warm side of a vortex tube can be very long relative to the cold side. So that the vortex tube is generally not very long and in particular on its warm side is not significantly longer than the rotor of the multi-disk motor, design measures should prevent this. Such constructive measures are used in a journal article by BB Parulekar [5] and should be used in the drive machine according to the invention.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer Ausführungsform unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.In the following the invention will be explained in more detail with reference to an embodiment with reference to the drawing.

Es zeigt:It shows:

1 eine Schnittdarstellung einer Drucklufthandmaschine zum Polieren oder Schleifen mit einer erfindungsgemäßen Antriebsmaschine in der Ausführungsform eines Lamellenmotors 1 a sectional view of a compressed air hand machine for polishing or grinding with a drive machine according to the invention in the embodiment of a multi-disk motor

Eine im Folgenden anhand der 1 erläuterte Drucklufthandmaschine 1 mit einem erfindungsgemäßen Lamellenmotor 2 dient dazu, Oberflächen, z. B. von Kraftfahrzeugteilen, zu polieren.One below based on the 1 explained compressed air handler 1 with a vane motor according to the invention 2 serves to surfaces, z. B. of automotive parts, to polish.

Hierzu hat die Drucklufthandmaschine 1 ein Polierkissen 3, welches in der dargestellten Ausführungsform kreisförmig ausgebildet ist. Das Polierkissen 3 wird mit seiner Unterfläche 4 in Anlage an die zu polierende Oberfläche gebracht und in eine exzentrische Rotationsbewegung versetzt, so dass die Unterfläche 4 des Polierkissens 3 die zu polierende Oberfläche mit einer relativ schnellen exzentrischen Bewegung bearbeitet.For this the compressed air hand-held machine has 1 a polishing pad 3 which is circular in the illustrated embodiment. The polishing pad 3 becomes with its lower surface 4 brought into abutment against the surface to be polished and placed in an eccentric rotational movement, so that the lower surface 4 of the polishing pad 3 machined the surface to be polished with a relatively fast eccentric motion.

Zur Erzeugung der Rotationsbewegung dient der neuartige Lamellenmotor 2, dessen Antriebsenergie mittels einer Wirbelrohrantriebswelle 5 und einer exzentrisch zur Wirbelrohrantriebswelle 5 angeordneten Arbeitsspindel 6 zum Polierkissen 3 übertragen wird. Die Wirbelrohrantriebswelle 5 trägt dabei den Rotor 25 des Lamellenmotors 2. Die Wirbelrohrantriebswelle 5 und der Rotor 25 sind in Bezug zu ihren Längsachsen koaxial angeordnet und drehfest miteinander verbunden. Die Wirbelrohrantriebswelle 5 ist drehbar gelagert.To generate the rotational movement of the novel vane motor is used 2 , whose drive power by means of a vortex tube drive shaft 5 and one eccentric to the vortex tube drive shaft 5 arranged work spindle 6 to the polishing pad 3 is transmitted. The vortex tube drive shaft 5 it carries the rotor 25 of the vane motor 2 , The vortex tube drive shaft 5 and the rotor 25 are arranged coaxially with respect to their longitudinal axes and rotatably connected to each other. The vortex tube drive shaft 5 is rotatably mounted.

Um den Lamellenmotor 2 in Bewegung zu versetzen, wird ihm Antriebsdruckluft 7 zugeführt. Diese Antriebsdruckluft 7 wird mittels eines Druckluftanschlusses 9 und der Druckluftleitung 10 zum Lamellenmotor 2 geleitet. Der Druckluftanschluss 9 und die Druckluftleitung 10 sind im Handgriff 8 installiert. In der Druckluftleitung 10 ist ein Drosselventil 11 angeordnet, so dass der Massenstrom der Antriebsdruckluft 7 und somit die Drehzahl bzw. das Drehmoment des Lamellenmotors 2 gesteuert werden kann. Das Drosselventil 11 wird mit einer Handhabe 12, die ihrerseits am Handgriff 8 befestigt ist, betätigt.To the vane motor 2 to move it, it is driving compressed air 7 fed. This drive compressed air 7 is by means of a compressed air connection 9 and the compressed air line 10 to the vane motor 2 directed. The compressed air connection 9 and the compressed air line 10 are in the handle 8th Installed. In the compressed air line 10 is a throttle valve 11 arranged so that the mass flow of the driving compressed air 7 and thus the speed or the torque of the multi-disk motor 2 can be controlled. The throttle valve 11 comes with a handle 12 , in turn, on the handle 8th is attached, operated.

Am Handgriff 8 ist ein zylindrisches Druckluftantriebsgehäuse 13 befestigt. Die Längsachsen des Handgriffes 8 und des Druckluftantriebsgehäuse 13 sind rechtwinklig zueinander angeordnet. Das Druckluftantriebsgehäuse 13 ist innen hohl und bis eine kleine Öffnung für die Wirbelrohrantriebswelle 5 einseitig verschlossen. Der Lamellenmotor 2 lässt sich somit nur von einer Seite in das Druckluftantriebsgehäuse 13 einsetzen.At the handle 8th is a cylindrical pneumatic drive housing 13 attached. The longitudinal axes of the handle 8th and the pneumatic drive housing 13 are arranged at right angles to each other. The pneumatic drive housing 13 is hollow inside and up to a small opening for the vortex tube drive shaft 5 closed on one side. The vane motor 2 can thus only from one side into the pneumatic drive housing 13 deploy.

Ein fester Sitz des Lamellenmotors 2 wird mit einer Spannmutter 14 im Druck luftantriebsgehäuse 13 sichergestellt. Die Spannmutter 14 wird in das Druckluftantriebsgehäuse 13 geschraubt, nachdem der Lamellenmotor 2 in das Druckluftantriebsgehäuse 13 eingesetzt wurde. Die Spannmutter 14 ist so gestaltet, dass sie einen Ringraum 16 zwischen sich, dem Lamellenmotor 2 und der Wirbelrohrantriebswelle 5 bildet. Weiterhin nimmt die Spannmutter 14 einen Radialwellendichtring 15 auf, der ein Entweichen der Antriebsdruckluft 7, die von den Arbeitsräumen (nicht dargestellt) des Lamellenmotors 2 kommt, durch den Ringspalt 18 zwischen Spannmutter 14 und der Wirbelrohrantriebswelle 5 verhindert.A firm seat of the lamellar motor 2 comes with a clamping nut 14 in the air drive housing 13 ensured. The clamping nut 14 gets into the pneumatic drive housing 13 screwed after the vane motor 2 into the pneumatic drive housing 13 was used. The clamping nut 14 is designed to give you an annulus 16 between them, the vane motor 2 and the vortex tube drive shaft 5 forms. Furthermore, the clamping nut takes 14 a radial shaft seal 15 on, which is an escape of the driving compressed air 7 from the work spaces (not shown) of the vane motor 2 comes through the annular gap 18 between clamping nut 14 and the vortex tube drive shaft 5 prevented.

Nachdem die Antriebsdruckluft 7 ihre Antriebsenergie in dem konventionellen Bereich des Lamellenmotors 2 nur teilweise abgegeben und sich dabei nur unvollständig entspannt hat, wird sie in den Ringraum 16 geleitet. Von dort aus tritt sie in die Düsen 17 der Wirbelrohrantriebswelle 5 ein. Die Düsen 17 beschleunigen die Antriebsdruckluft 7 und lassen sie tangential in die Kammer 19 der Wirbelrohrantriebswelle 5 einströmen. So bildet sich die für ein Wirbelrohr typische Drehströmung in der Wirbelrohrantriebswelle 5 aus. Die Drehrichtung dieser Drehströmung sollte dabei bevorzugt entgegen der Drehrichtung der Wirbelrohrantriebswelle 5 ausgerichtet sein.After the drive compressed air 7 their drive energy in the conventional range of the vane motor 2 only partially released and has only partially relaxed, she is in the annulus 16 directed. From there, she enters the jets 17 the vortex tube drive shaft 5 one. The nozzles 17 accelerate the drive compressed air 7 and let them tangentially into the chamber 19 the vortex tube drive shaft 5 flow. Thus, the typical for a vortex tube rotational flow forms in the vortex tube drive shaft 5 out. The direction of rotation of this rotary flow should preferably counter to the direction of rotation of the vortex tube drive shaft 5 be aligned.

Durch den thermischen Separationseffekt in der Wirbelrohrantriebswelle 5 entwickelt sich eine kalte 20 und eine warme 21 Antriebsdruckluftströmung aus. Die kalte Antriebsdruckluftströmung 20 wird zur linken Seite der Drucklufthandmaschine 1 durch die in die Wirbelrohrantriebswelle 5 eingeschraubte Blende 22 abgeleitet. Die warme Antriebsdruckluftströmung 21 strömt dagegen zur rechten Seite der Drucklufthandmaschine 1 durch den Lamellenmotor 2 aus dem Druckluftantriebsgehäuse 13 in die Umgebung. Die warme Antriebsdruckluftströmung 21 passiert jedoch vorher noch ein für ein Wirbelrohr typisches Ventil 23 und einen Schalldämpfer 24.Due to the thermal separation effect in the vortex tube drive shaft 5 develops a cold 20 and a warm one 21 Drive compressed air flow out. The cold drive compressed air flow 20 becomes the left side of the compressed air handler 1 through the into the vortex tube drive shaft 5 screwed in aperture 22 derived. The heat Drive pressure airflow 21 on the other hand flows to the right side of the compressed air hand-held machine 1 through the vane motor 2 from the pneumatic drive housing 13 in the nearby areas. The warm driving compressed air flow 21 However, before that happens a valve typical for a vortex tube 23 and a silencer 24 ,

Die warme Seite der Wirbelrohrantriebswelle 5 ist auf gleicher Höhe wie der Rotor 25 angeordnet und somit den Arbeitsräumen des Lamellenmotors 2 näher gelegen, als die kalte Seite der Wirbelrohrantriebswelle 5. Auf der Höhe des Rotors 25 des Lamellenmotors 2 gibt die warme Antriebsdruckluftströmung 21 ihre Wärme per Wärmeleitung durch die Wirbelrohrantriebswelle 5 und den Rotor 25 an die Antriebsdruckluft 7 innerhalb der Arbeitsräume des Lamellenmotors 2 ab. Die Antriebsdruckluft 7 entspannt sich in den Arbeitsräumen der erfindungsgemäßen Drucklufthandmaschine 1 durch die Wärmezufuhr polytrop. Das Arbeitsvermögen der Antriebsdruckluft 7 ist somit vergrößert. Es findet eine Energierückgewinnung statt.The warm side of the vortex tube drive shaft 5 is at the same height as the rotor 25 arranged and thus the working spaces of the vane motor 2 closer than the cold side of the vortex tube drive shaft 5 , At the height of the rotor 25 of the vane motor 2 gives the warm drive compressed air flow 21 their heat by heat conduction through the vortex tube drive shaft 5 and the rotor 25 to the drive compressed air 7 within the work spaces of the multi-disk motor 2 from. The drive compressed air 7 relaxes in the workrooms of the compressed air hand-held machine according to the invention 1 by the heat supply polytropic. The working capacity of the drive compressed air 7 is thus enlarged. There is an energy recovery.

Die kalte Antriebsdruckluftströmung 20 wird in das Innere des Luftleitbechers 26 der Drucklufthandmaschine 1 geleitet. Der Luftleitbecher 26 wird dabei per Schraubverbindung lösbar von der Wirbelrohrantriebswelle 5 gehalten, wobei die Wirbelrohrantriebswelle 5 auf der dem Luftleitbecher 26 zugewandten Seite eine Haube 27 bildet. In dem Luftleitbecher 26 strömt die kalte Antriebsdruckluftströmung 20 zur hohlen Arbeitsspindel 6. Von dort aus gelangt sie zum Polierkissen 3. Die Arbeitsspindel 6 ist im Luftleitbecher 26 drehbar gelagert. So kann die Arbeitsspindel 6 sich bei ihrer exzentrischen Bewegung um die eigene Längsachse drehen, was für den Polier- bzw. Schleifvorgang vorteilhaft ist.The cold drive compressed air flow 20 gets into the inside of the baffle 26 the compressed air handler 1 directed. The air beaker 26 is thereby releasably by screw connection of the vortex tube drive shaft 5 held, with the vortex tube drive shaft 5 on the baffle 26 facing side a hood 27 forms. In the air beaker 26 flows the cold drive compressed air flow 20 to the hollow work spindle 6 , From there, she gets to the polishing pad 3 , The work spindle 6 is in the air beaker 26 rotatably mounted. So can the work spindle 6 rotate in their eccentric motion about its own longitudinal axis, which is advantageous for the polishing or grinding process.

Die Durchgangslöcher 28 in der Haube 27 bieten dem Verwender der Drucklufthandmaschine 1 die Möglichkeit, die Spannmutter 14 mit Hilfe eines geeigneten Werkzeuges zu lösen. So kann z. B. der Lamellenmotor 2 instandgesetzt werden.The through holes 28 in the hood 27 provide the user of compressed air hand-held machine 1 the possibility of the clamping nut 14 to be solved with the help of a suitable tool. So z. B. the vane motor 2 be repaired.

Das Polierkissen 3 hat ein Durchgangsloch 29 im Inneren, damit die kalte Antriebsdruckluftströmung 20 von der Arbeitsspindel 6 zu den Luftkanälen 30 an der Unterfläche 4 des Polierkissens 3 gelangen kann. Die Luftkanäle 30 leiten die kalte Antriebsdruckluftströmung 20 vom inneren Bereich des Polierkissens 3 zum Umfangsrand 31 ab.The polishing pad 3 has a through hole 29 inside, so that the cold drive compressed air flow 20 from the work spindle 6 to the air channels 30 at the lower surface 4 of the polishing pad 3 can get. The air channels 30 conduct the cold drive compressed air flow 20 from the inner area of the polishing pad 3 to the peripheral edge 31 from.

Durch die kalte Antriebsdruckluftströmung 20 und das sich exzentrisch bewegende Polierkissen 3 wird zusätzlich zur Energierückgewinnung nach ein optimales Polier- und Schleifergebnis auf der zu bearbeitenden Oberfläche gewährleistet.Due to the cold drive compressed air flow 20 and the eccentrically moving polishing pad 3 In addition to the energy recovery, an optimal polishing and grinding result on the surface to be processed is guaranteed.

Literaturliterature

  • [1] Keller, J. U.; Göbel, M. U.; Staudt, R. Das Wirbelrohr: Bemerkungen zu den Grundlagen und neuen energietechnischen Anwendungen, Seite 32, http: //www.uni-saarland.de/fak7/fze/AKE_Archiv/DPG2002_undfrueher/DPG2002_uf_Vortraege/DPG2002_AKE3.2_Keller_Waermerohr.pdf [1] Cellar, JU; Göbel, MU; Staudt, R. The vortex tube: comments on the basics and new energy applications, page 32, http: //www.uni-saarland.de/fak7/fze/AKE_Archiv/DPG2002_undfrueher/DPG2002_uf_Vortraege/DPG2002_AKE3.2_Keller_Waermerohr.pdf
  • [2] Sbahi, Ahmad Druckluft-Lamellenmotor, Dissertation an der Technischen Hochschule Zwickau, 1992, Seite 1–2 [2] Sbahi, Ahmad air-disk motor, dissertation at the Technical University of Zwickau, 1992, page 1-2
  • [3] Barth, Hans-Jörg Druckluftmotoren in Theorie und Anwendung, Zeitschrift O + P „Ölhydraulik und Pneumatik” 29, 1985 Nr. 3, Seite 193–201 [3] Barth, Hans-Jörg Air motors in theory and application, Journal O + P "Oil hydraulics and pneumatics" 29, 1985 No. 3, page 193-201
  • [4] Barth, Hans-Jörg Druckluft-Drehkolbenmotoren – Analyse und Berechnung Habilitationsschrift, TU Clausthal, 1978, Seite 93 [4] Barth, Hans-Jörg Air Rotary Piston Engines - Analysis and Calculation Habilitationsschrift, TU Clausthal, 1978, page 93
  • [5] Parulekar, B. B. The Short Votex Tube, Zeitschrift ”The Journal of Refrigeration”, Seite 74–80, July/August 1961 [5] Parulekar, BB The Short Votex Tube, Journal "The Journal of Refrigeration", page 74-80, July / August 1961

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 4343088 A1 [0003] DE 4343088 A1 [0003]

Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

  • Hans-Jörg Barth [0018] Hans-Joerg Barth [0018]
  • B. B. Parulekar [0020] BB Parulekar [0020]

Claims (8)

Energiewandlungsmaschine in der Ausführungsform einer mit einem unter Druck stehenden Arbeitsfluid (7) betriebene Antriebsmaschine (2), dadurch gekennzeichnet, dass diese Antriebsmaschine (2) mindestens einen Arbeitsraum und ein Wirbelrohr (5) umfasst, das mit dem aus den Arbeitsraum bzw. Arbeitsräumen austretenden Arbeitsfluid (7) betrieben wird und so angeordnet ist, dass die warme Seite dieses Wirbelrohrs (5) dem Arbeitsraum bzw. den Arbeitsräumen näher gelegen ist, als die kalte Seite des Wirbelrohrs (5).Energy conversion machine in the embodiment of a pressurized working fluid ( 7 ) operated drive machine ( 2 ), characterized in that this prime mover ( 2 ) at least one working space and a vortex tube ( 5 ) associated with the emerging from the work space or work spaces working fluid ( 7 ) and is arranged so that the warm side of this vortex tube ( 5 ) is closer to the work space or work spaces than the cold side of the vortex tube ( 5 ). Antriebsmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie mit einem komprimierten Gas betrieben wird, wobei Antriebsdruckluft zu bevorzugen ist.Drive machine according to claim 1, characterized in that it is operated with a compressed gas, wherein drive compressed air is to be preferred. Antriebsmaschine nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärme, die in dem Wirbelrohr auf seiner warme Seite erzeugt wird, dem Arbeitsfluid bzw. dem komprimierten Gas innerhalb des Arbeitsraums bzw. der Arbeitsräume per Wärmeleitung zugeführt wird.Drive machine according to claims 1 and 2, characterized in that the heat which is generated in the vortex tube on its warm side, the working fluid or the compressed gas within the working space or the working spaces is supplied by heat conduction. Antriebsmaschine nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass diese Antriebsmaschine als Verdrängungsmaschine ausgelegt wird.Drive machine according to claims 1 to 3, characterized in that this drive machine is designed as a displacement machine. Antriebsmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass sie als Rotationskolbenmaschine mit mindestens einem Rotor ausgeführt wird, wobei dieser Rotor das Wirbelrohr umfasst.Drive machine according to claim 4, characterized in that it is designed as a rotary piston machine with at least one rotor, said rotor comprising the vortex tube. Antriebsmaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass sie als Lamellenmotor ausgeführt wird und dass das Wirbelrohr die Antriebswelle dieser Antriebsmaschine bildet, wobei die Längsachsen des Wirbelrohrs und des Rotors des Lamellenmotors koaxial zueinander angeordnet sind.Drive machine according to claim 5, characterized in that it is designed as a vane motor and that the vortex tube forms the drive shaft of this drive machine, wherein the longitudinal axes of the vortex tube and the rotor of the multi-disk motor are arranged coaxially with each other. Antriebsmaschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung der Lamellen in dieser Antriebsmaschine versetzt zueinander ist.Drive machine according to claim 6, characterized in that the arrangement of the lamellae in this drive machine is offset from one another. Antriebsmaschine nach den Ansprüchen 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor Kühlrippen umfasst.Drive machine according to claims 5 to 7, characterized in that the rotor comprises cooling ribs.
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