DE20021980U1

DE20021980U1 - Luftmotor

Info

Publication number: DE20021980U1
Application number: DE20021980U
Authority: DE
Original assignee: Cooper Power Tools GmbH and Co OHG
Current assignee: Apex Tool Group GmbH and Co OHG
Priority date: 2000-12-27
Filing date: 2000-12-27
Publication date: 2002-05-08
Anticipated expiration: 2010-12-28

Description

GRÜNECKER KINKELDEY S.IOÄKMAIR

ANWALiS S;0 ZPETJT

GKS & S MAXIMILIANSTRASSE 58 D-80538 MÜNCHEN GERMANY

Deutsches Patent- und Markenamt

Zweibrückenstr. 12
80297 München

RECHTSANWÄLTE LAWTERS

MÜNCHEN

DR. HELMUT EICHMANN

GERHARD BARTH

DR. ULRICH BLUMENRÖDER, LLM.

CHRISTA NIKLAS-FALTER

DR. MAXIMILIAN KINKELDEY, LL M.

SONJA SCHÄFFLER

DR. KARSTEN BRANDT

ANJA FRANKE, LLM.

UTE STEPHANI

DR. BERND ALLEKOTTE, LLM.

PATENTANWÄLTE PATENTANWÄLTE

EUROPEAN PATENT ATTORNEYS EUROPEAN PATENT ATTORNEYS

MÜNCHEN

DR. HERMANN KINKELDEY PETER H. JAKOB WOLFHARD MEISTER HANS HILGERS DR. HENNING MEi¹ER-PlATH ANNEUE EHNOLD THOMAS SCHUSTER DR. KLARA GOLDBACH MARTIN AUFENANGER GOTTFRIED KUTZSCH DR. HEIKE VOGELSANG-WENKE REINHARD KNAUER DIETMAR KUHL DR. FRANZ-JOSEF ZIMMER BETTINA K. REICHELT DR. ANTON K. PFAU DR. UDO WEIGELT RAINER BERTRAM JENS KOCH, M.S. (Uo(PA) M.S.

BERND ROTHAEMEL DR. DANIELA KINKELDEY DR. MARIA ROSARIO VEGA IASO

KÖLN

DR. MARTIN DROPMANN

CHEMNITZ MANFRED SCHNEIDER

BERLIN

DIETER JANDER

OF COUNSEL PATENTANWÄLTE

AUGUST GRÜNECKER DR. GUNTER BEZOLD pR. WALTER LANGHOFF

DR. WILFRIED STOCKMAIR (-1996)

IHR ZEICHEN / YOUR REF.

UNSER ZEICHEN / OUR REF.

G 4389 -829/il DATUM / DATE

27.12.00

Anmelder: COOPER POWER TOOLS GmbH & Co. Industriestraße 1

73461 Westhausen

Luftmotor

GRÜNECKER KINKELDEY
STOCKMAIR & SCHWANHÄUSSER
MAXIMILIANSTR. 58 J··. J···
D-80538 MÜNCHEN · JJ··
GERMANY · * I...

TEL + 49 89 21 23 50

FAX (GR 3) +49 89 22 02 87 .F^-A** (GR*4) +49*89**
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BESCHREIBUNG

LUFTMOTOR

Die Erfindung betrifft einen Luftmotor mit zumindest einem an beiden Enden verschlossenen Motorzylinder und einem in diesem exzentrisch gelagerten Rotor, in welchem Lamellen radial verschieblich gelagert sind, die mit ihren radial außen liegenden Andruckenden an einer Innenseite des Motorzylinders andrücken, wobei zwischen benachbarten Lamellen ein Verdrängerraum gebildet ist.

Bei einem solchen Luftmotor tritt das entsprechende Fluid, in diesem Fall Druckluft, zulaufseitig in einen Verdrängerraum ein. Dieser Verdrängerraum wird abgeschlossen, dann mit einer Ablaufseite des Luftmotors verbunden und Druckluft wird aus dem sich verkleinernden Verdrängerraum bei Drehung des Rotors ausgeschoben.

Solche Luftmotore sind dauerlauffest, benötigen nur einen geringen Platzbetrag und sind einfach hinsichtlich Drehmoment und Drehzahl einstellbar. Eingesetzt werden solche Luftmotore beispielsweise in der Druckindustrie, in der kunststoffverarbeitenden Industrie oder dergleichen.

Bei einem solchen Luftmotor ist zu beachten, dass eine relativ hohe Relativgeschwindigkeit zwischen Bauteiloberflächen, wie zwischen Andruckenden der Lamellen und Zylinderinnenseite des Motorzylinders vorliegt. Dabei sind hohe Anforderungen an die Abdichtung von Verdrängerräumen hohen gegen solche niedrigen Drucks durch entsprechende Spalte zu erfüllen. Die Spalte müssen entsprechend eng und die Spaltlänge entsprechend groß sein, wobei die Spalte zwischen den Andruckenden und der Zylinderinnenseite gebildet sind. Dabei ergaben sich ebenfalls hohe Anforderungen an die Schmierfähigkeit des Fluids, das heißt der Druckluft. Es wurden teilweise separate Nebelöler für die Luftmotore eingesetzt oder es wurde geschmierte Druckluft zugeführt.

Bei einer solchen Zuführung von Schmiermittel zum Luftmotor ist einerseits der konstruktive Aufwand relativ groß, um eine ausreichende Menge von Schmiermittel zuzuführen und gleichzeitig eine übermäßige Zufuhr zu verhindern. Außerdem muss das

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Schmiermittel aus der Druckluft nach Verlassen des Luftmotors wieder abgeschieden werden, was ebenfalls konstruktiv aufwendig ist.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Luftmotor der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, dass dieser bei Aufrechterhaltung aller Vorteile eines Luftmotors, wie insbesondere Dauerlauffestigkeit, in einfacher konstruktiver Weise so umgestaltet wird, dass keine zusätzliche Zugabe von Schmiermittel in den Motor oder in die Druckluft notwendig ist, beziehungsweise Druckluft verwendet werden kann, die beispielsweise nur gefiltert ist.

Diese Aufgabe wird im Zusammenhang mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 dadurch gelöst, dass wenigstens die Andruckenden aus einem Kunststoffmaterial gebildet sind und/oder wenigstens auf der Zylinderinnenseite eine verschleißfeste Oberflächenbeschichtung aufgetragen ist, wobei Kunststoffmaterial und/oder O-berflächenbeschichtung einen Trockenschmierstoff enthalten.

Bei Versuchen des Anmelders hat sich herausgestellt, dass ein auf diese Weise aufgebauter Luftmotor bei einem Dauerlauftest von 8.000 und mehr Stunden in seiner Leistung nicht nachließ und auch keinen starken Verschleiß zeigte. Von besonderem Vorteil ist in diesem Zusammenhang, wenn sowohl das Kunststoffmaterial für die Lamellen als auch die Oberflächenbeschichtung für die Zylinderinnenseite des Motorzylinders verwendet wird.

Für das Kunststoffmaterial sind verschiedene Kunststoffe verwendbar, insbesondere Polymere wie Polyamid, Polyacetal, homopolymeres oder copolymeres Polyoxymethylen (POM-H, POM-C) oder dergleichen. Insbesondere POM zeichnet sich durch hervorragende mechanische Eigenschaften bezüglich Härte, Festigkeit und Zähigkeit aus. Weitere Vorteile sind seine gute chemische Beständigkeit, die guten Gleiteigenschaften und die gute Abriebfestigkeit. Dies gilt in ähnlicher Weise auch für Polyamid.

Als Trockenschmierstoff sind beispielsweise Polytetrafluorethylen (PTFE), Tetrafluorethylen-Perfluorpropylen (FEP), Perfluoralkoxypolymer (PFA), Molybdändisulfid oder dergleichen verwendbar. FEP und PFA weisen ähnlich wie PTFE eine teilkristalline Struktur auf und sind nahezu gegen alle Chemikalien beständig. Die Oberflächen aus

diesen Materialien sind nicht adhäsiv und die Gleiteigenschaften sind sehr gut, wobei die von PTFE im Vergleich FEP und PFA noch besser sind.

Um die Eigenschaften des Kunststoffmaterials und insbesondere des POM noch zu verbessern, kann dieser Kunststoff gleitmodifiziert sein und/oder Zusatzstoffe wie Glasfasern, Mineral oder dergleichen enthalten.

In der Regel ist der Motorzylinder des Luftmotors beidseitig durch Zylinderdeckel verschlossen. Um einen leicht herzustellenden und leicht zu bearbeitenden Luftmotor zu erhalten, können Motorzylinder und/oder Zylinderdeckel auf einer Aluminiumlegierung hergestellt sein.

Um Oberflächen zu erhalten, die korrosionsbeständig und ausreichend hart sind, kann eine entsprechende Oberflächenbeschichtung durch eine Dispersionsschicht aus zumindest Nickel und/oder Chrom gebildet sein.

Vorteilhafterweise kann eine solche Nickel-Dispersionsschicht chemisch auf zumindest Innenseiten von Motorzylinder und Zylinderdeckel &eegr; abgeschieden sein.

Die Eigenschaften der Oberflächenbeschichtung sind noch dadurch verbesserbar, dass insbesondere die Nickel-Dispersionsschicht 5 bis 20% und vorzugsweise 8 bis 14% Phosphor enthält.

Um ein sehr gutes Trockenlaufverhalten mit hervorragenden Gleiteigenschaften bei dem Luftmotor zu erhalten, kann der Trockenschmierstoff in dem Kunststoffmaterial und/oder der Oberflächenbeschichtung gleichmäßig und homogen verteilt eingelagert sein.

Im Zusammenhang mit PTFE hat sich herausgestellt, dass die Oberflächenbeschichtung besonders verschleißfest und gleitfähig ist, wenn diese 15 bis 35 Volumen%, vorzugsweise 20 bis 30 Volumen% PTFE enthält.

Zur Vereinfachung der Herstellung der Lamellen, wobei diese gleichzeitig ausreichend fest und einfach zu bearbeiten sind, können die Lamellen vollständig aus dem entsprechenden Kunststoffmaterial gebildet sein.

I*

Im folgenden wird ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der in der Zeichnung beigefügten Figuren näher erläutert.

Es zeigen:

Figur 1 einen Längsschnitt durch einen vereinfacht dargestellten Luftmotor gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, und

Figur 2 einen Schnitt entlang der Linie M-II aus Figur 1.

In Figur 1 ist ein Längsschnitt durch ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Luftmotors 1 dargestellt. Dieser weist einen Motorzylinder 4 auf, an dessen beiden Enden 2, 3 Zylinderdeckel 12, 13 zum Verschließen des Motorzylinders 4 lösbar befestigt sind. In dem Motorzylinder 4 und insbesondere in den Zylinderdeckeln 12, 13 ist ein Rotor 5 des Luftmotors 1 drehbar gelagert. Die Lagerung erfolgt über Kugellager 17 in den Zylinderdeckeln 12, 13. Der Rotor 5 weist entlang seiner Drehachse 16 Wellenfortsätze 18, 19 auf, die in entsprechenden Lageröffnungen im Zylinderdeckel 12 beziehungsweise 13 und mittels der dort angeordneten Kugellager 17 gelagert sind.

Der Rotor 5 ist bei seiner Drehung mit Innenseiten 14, 15 der Zylinderdeckel 12, 13 und mit Innenseiten der entsprechenden Bohrungen in den Zylinderdeckeln 12,13 in Anlage.

Weiterhin sind Andruckenden 7, siehe Figur 2, von Lamellen 6 mit einer Innenseite 8 des Motorzylinders 4 in Anlage. Die Lamellen 6 sind im Motorzylinder 4 radial nach außen verstellbar gelagert.

Zwischen den verschiedenen Lamellen 6 und einer Außenseite des Rotors 5 sowie der Innenseite 8 des Motorzylinders 4 sind verschiedene Verdrängerräume 9 abgeteilt, in die Druckluft bei dem Luftmotor 1 zur Drehung des Rotors 5 zulaufseitig eingeführt wird.

Auf der Innenseite 8 des Motorzylinders 4 sowie auf Innenseiten 14, 15 der Zylinderdeckel 12,13 ist eine Oberflächenbeschichtung 11 aufgetragen. Diese Oberflächenbeschichtung kann ebenfalls auf Innenseiten der Bohrungen im Zylinderdeckel 12, 13 zur

Lagerung der Wellenfortsätze 18, 19 aufgetragen sein. Die Oberflächenbeschichtung 11 ist aus einer metallischen Dispersionsschicht gebildet, die als Metall Nickel oder Chrom enthält, wobei auch beide Metalle in Form insbesondere einer Doppelschicht aufgetragen sein können. Die Auftragung erfolgt chemisch.

Neben dem Metall Nickel und/oder Chrom enthält die Dispersionsschicht noch 5 bis 20% und vorzugsweise 8 bis 14% Phosphor.

Zur Schmierung enthält die Dispersionsschicht weiterhin einen Trockenschmierstoff.

Die Lamellen 6 sind zumindest im Bereich ihrer Andruckenden 7 aus einem Kunststoffmaterial gebildet, das wie auch die Oberflächenbeschichtung 11 einen entsprechenden Trockenschmierstoff enthält.

Beispiele für das Kunststoffmaterial der Lamellen 6, die ebenfalls vollständig aus diesem Kunststoffmaterial hergestellt sein können, sind Polymere wie Polyamid, Polyacetal, homopolymeres oder copolymeres Polyoxymethylen oder dergleichen.

Beispiele für den Trockenschmierstoff sind Polytetrafluorethylen, Tetrafluorethylen-Perfluorpropylen, Perfluoralkoxypolymer, Molybdändisulfid oder dergleichen.

Bei Polytetrafluorethylen als Trockenschmierstoff für die Oberflächenbeschichtung ist es vorteilhaft, wenn die Oberflächenbeschichtung 15 bis 35 Volumen%, vorzugsweise 20 bis 30 Volumen% PTFE enthält.

Bei Polyoxymethylen als Kunststoffmaterial für die Lamellen 6 ist eine Gleitmodifizierung dieses Kunststoffes möglich und es können Zusatzstoffe wie Glasfasern, Mineral oder dergleichen in dem Kunststoff enthalten sein. Sowohl in dem Kunststoffmaterial als auch in der Oberflächenbeschichtung ist der Trockenschmierstoff gleichmäßig und homogen verteilt eingelagert.

Der Rotor 5 des Luftmotors 1 kann aus Stahl oder auch einer entsprechenden Aluminiumlegierung hergestellt sein. Auch auf die Außenfläche des Rotors ist eine entsprechende Oberflächenbeschichtung auftragbar.

Claims

1. Luftmotor (1) mit zumindest einem an beiden Enden (2, 3) verschlossenen Motorzylinder (4) und einem in diesem exzentrisch gelagerten Rotor (5), in welchem Lamellen (6) radial verschieblich gelagert sind, die mit ihren radial außen liegenden Andruckenden (7) an einer Innenseite (8) des Motorzylinders (4) andrücken, wobei zwischen benachbarten Lamellen (6) ein Verdrängerraum (9) gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens die Andruckenden (7) aus einem Kunststoffmaterial (10) gebildet sind und wenigstens auf der Zylinderinnenseite (8) eine verschleißfeste Oberflächenbeschichtung (11) aufgetragen ist, wobei Kunststoffmaterial (10) und/oder Oberflächenbeschichtung (11) einen Trockenschmierstoff enthalten, wobei das Kunststoffmaterial (10) ein Polymer wie Polyamid, Polyacetal, homopolymeres oder copolymeres Polyoxmethylen (POM-H, POM-C) oder dergleichen ist.

2. Luftmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Trockenschmierstoff Polytetrafluorethylen (PTFE), Tetrafluorethylen- Perfluorpropylen (FEP), Perfluoralkoxypolymer (PFA), Molybdändisulfid oder dergleichen ist.

3. Luftmotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Trockenschmierstoff gleitmodifiziert ist und/oder Zusatzstoffe wie Glasfasern, Minerale oder dergleichen enthält.

4. Luftmotor nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Motorzylinder beidseitig durch Zylinderdeckel (12, 13) verschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, dass Motorzylinder (4) und/oder Zylinderdeckel (12, 13) aus einer Aluminiumlegierung gebildet sind.

5. Luftmotor nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenbeschichtung (11) durch eine Dispersionsschicht aus Nickel und/oder Chrom gebildet ist.

6. Luftmotor nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Nickel-Dispersionsschicht chemisch auf zumindest Innenseiten (8, 14, 15) von Motorzylinder (4) und Zylinderdeckeln (12, 13) abgeschieden ist.

7. Luftmotor nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Nickel-Dispersionsschicht 5 bis 20%, vorzugsweise 8 bis 14% Phosphor enthält.

8. Luftmotor nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Trockenschmierstoff in dem Kunststoffmaterial (10) und/oder in der Oberflächenbeschichtung (11) gleichmäßig und homogen verteilt eingelagert ist.

9. Luftmotor nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Polytetrafluorethylen in der Oberflächenbeschichtung mit einem Anteil von 15 bis 35 Volumen%, vorzugsweise 20 bis 30 Volumen% enthalten ist.

10. Luftmotor nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lamellen (6) vollständig aus Kunststoffmaterial gebildet sind.