DE69901186T2 - Druckluftmotorschmierung - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft einen Pneumatikmotor, bei dem sich ein durch Druckluft angetriebener Rotor in einer zylindrischen Motorhülse dreht.
• Ein Beispiel eines solchen Pneumatikmotors ist ein bekannter Lamellenmotor, wie er z. B. in der DE 295 1 0799.5 beschrieben ist. Bei einem solchen Lamellenmotor ist ein Rotor exzentrisch in einer Zylinderhülse angeordnet. In dem Rotorkörper befinden Längsschlitze, in denen Lamellen aufgenommen werden. Die Erfindung ist jedoch keineswegs auf Lamellenmotoren beschränkt. Sie läßt sich z. B. auch auf mit Druckluft betriebene Zahnradmotoren anwenden, bei denen der Rotor aus einem Zahnradpaar besteht.
• Dem Lamellenmotor zugeführte Druckluft gelangt in zwischen den Lamellen gebildete Kammern. Die Druckluft treibt den Motor an, so daß sich der Rotor in dem Zylinder zu drehen beginnt. Die Lamellen können hierbei durch Federn und mit zunehmender Drehzahl unter der Wirkung der Zentrifugalkraft nach außen gedrückt werden, so daß sie dichtend an dem Zylinder anliegen und so Kammern bilden.
• Aufgrund des Reibungskontaktes der Lamellen mit der Innenwand des Zylinders muß der Motor im Betrieb geschmiert werden. Das hierfür übliche Verfahren sieht vor, der Betriebsdruckluft Öl zuzusetzen, so daß sich dieses Öl im gesamten Motorraum verteilt und zu einer gleichmäßigen Schmierung des Motors führt.
• Die Schmierung durch ölhaltige Druckluft hat sich jedoch in der Praxis als nachteilig erwiesen. Zum einen wird das Öl mit der Druckluft wieder aus dem Motor heraustransportiert, was zu Entsorgungsproblemen führt. Insbesondere aber steht beim Einsatz unter schwierigen Bedingungen (z. B. im Offshore-Bereich) häufig keine ausreichend mit Öl angereicherte Druckluft zur Verfügung bzw. werden die Ölbehälter nicht ausreichend nachgefüllt.
• GB-A-2314886 beschreibt einen selbstschmierenden Lamellenmotor. Der Motorzylinder ist aus vakuumimpregniertem porösen Material hergestellt, das durch Kapilarwirkung als ständige Schmierquelle dient. Der Zylinder enthält eine Anzahl von mit der Schmierflüssigkeit gefüllten Bohrungen.
• US-A-3923434 und US-A-3884661 beschreiben Verbrennungsmotoren, bei denen den spitzen Dichtungen aus dem Inneren des Rotors Schmierung zugeführt wird. Aus einem externen Vorrat wird Öl durch eine externe Ölleitung in den Rotor zugeführt. Eine ständige Ölmenge strömt durch poröse Stopfen oder durch poröses Zylindermaterial, um die Dichtungen an den Spitzen zu schmieren.
• Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, herkömmliche Motoren dahingehend zu verbessern, daß effektive Schmierung bewirkt wird, so daß der Motor für lange Zeit arbeiten kann ohne daß zusätzlicher Schmierstoff zugeführt wird.
• Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit dem in Anspruch 1 angegebenen Mitteln gelöst. Danach ist folglich vorgesehen, daß sich in dem Rotor Hohlräume zur Aufnahme eines Schmierstoffes befinden und daß diese Hohlräume eine Verbindung zu dem Innenraum des Zylinders haben. Der in den Hohlräumen innerhalb des Rotors aufgenommene, vorzugsweise pastöse Schmierstoff wird im Betrieb des Motors durch die Wirkung der Zentrifugalkraft (bei Drehung des Rotors) aus den Hohlräumen über die Verbindungswege in den Zylinder befördert.
• Bei einem Lamellenmotor sorgen anschließend die Lamellen für die gleichmäßige Verteilung des Schmierstoffs auf der Innenwand des Zylinders.
• Hierbei wird vorzugsweise eine solche Menge an Schmierstoff in die Hohlräume gegeben, daß der Motor lange Zeit ohne Nachfüllen ausreichend geschmiert wird. Im Idealfall wird die Vorratsmenge und die Ausflußmenge durch geeignete Gestaltung der Hohlräume und Öffnungen bzw. Verbindungswege so gewählt, daß der Motor eine für seine gesamte Lebensdauer ausreichende Menge an Schmiermittel enthält.
• Besonders vorteilhaft ist es, daß keine zusätzlichen beweglichen Teile für die Schmierung notwendig sind.
• Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung werden die Hohlräume jeweils durch eine poröse Membran oder ähnliches verschlossen. Hierdurch wird eine genaue und durch die Art der Membran vorausbestimmbare Dosierung des Ausflusses an Schmierstoff erreicht. Durch das poröse Material sickert der Schmierstoff nur in sehr geringen Mengen hindurch, die jedoch zur Schmierung ausreichen.
• Nach einer anderen Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Hohlräume als mindestens eine Längsbohrung im Rotor ausgebildet sind. Ebenso sind radiale Bohrungen möglich, doch ist es bei Axialbohrungen einfacher, die Ausflußmenge von Schmierstoff gering zu halten. Die Längsbohrungen sind vorzugsweise zwischen zwei Lamellen anzubringen. Sie können auf ihrer gesamten Länge mit Schmierstoff gefüllt werden, so daß ein ausreichend großes Reservoir gebildet ist. Die poröse Membran, mit der die Enden der Bohrung jeweils vorzugsweise abgeschlossen werden, besteht z. B. aus einem porösen Kunststoffmaterial von - je nach Größe des Rotors - einigen Millimeter Stärke.
• Nach einer Weiterbildung der Erfindung sollen die axialen Hohlräume symmetrisch um die Drehachse des Rotors angeordnet werden. Dies ist besonders deshalb vorteilhaft, weil bei einer symmetrischen Anordnung keine Unwucht des Rotors entsteht.
• Nach Anspruch 5 ist die Erfindung auch auf druckluftbetriebene Zahnradmotoren anwendbar. Zur Schmierung der Zahnflanken können radiale Bohrungen zweckmäßig sein.
• Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand von Zeichnungen näher beschrieben.
• In den Figuren zeigen:
• Fig. 1 eine Ansicht eines axialen Schnitts durch einen Lamellenmotor,
• Fig. 2 eine Ansicht eines Querschnitts eines angetriebenen Rotors in einer zylindrische Hülse eines Lamellenmotors;
• Fig. 3 eine Einzelheit D des Lamellenmotors von Fig. 1.
• Der in Fig. 1 und 2 dargestellte Lamellenmotor 10 weist ein Gehäuse 12 auf, in dem rechts (Fig. 1) eine zylindrische Motorhülse 14 angeordnet ist. In der Motorhülse 14 ist ein Rotor 16 angeordnet. Der Rotor 16 ist in Lagern 18a, 18b gelagert. Die Lagerung des Rotors 16 innerhalb der Motorhülse 14 ist exzentrisch. Links in Fig. 1 ist eine an sich bekannte Bremse 13 zum Abbremsen und Festhalten des Rotors 16 vorgesehen.
• Wie in Fig. 2 dargestellt, weist der Rotor 16 radiale Längsschlitze 20 auf, in denen Lamellen 22 angeordnet sind. Die Lamellen 22 werden durch Federkraft und im Betrieb unter der Wirkung der Zentrifugalkraft gegen die Innenwand 24 der Motorhülse 14 gedrückt. Bei Drehung des Rotors 16 innerhalb der Motorhülse 14 verändert sich das Volumen von zwischen den Lamellen 22 gebildeten Kammern 26. In die Kammern 26 eingebrachte Druckluft entspannt sich bei der Vergrößerung der Kammer 26 und verrichtet so Arbeit, die den Rotor 16 antreibt.
• Die Kammern 26 müssen durch Andrücken der Lamellen 22 an die Innenfläche 24 der Motorhülse 14 abgedichtet werden. Dadurch kommt es zu einem Reibungskontakt der Lamellen 22 mit der Innenfläche 24 der Motorhülse 14. Damit es nicht zu einer Beschädigung der Lamellen 22 kommt, muß der Motor 10 im Betrieb laufend geschmiert werden.
• In einem symmetrischen Muster um die Längsmittelachse des Rotor 16 herum sind Längsbohrungen 28 in dem Rotorkörper angebracht. In Fig. 2 ist zu sehen, wie jeweils zwischen zwei Längsschlitzen 20 eine Längsbohrung 28 angebracht ist.
• Die Bohrungen 28 erstrecken sich wie in Fig. 1 ersichtlich über die gesamte axiale Länge des Rotors 16. Im Inneren der Bohrungen 28 ist ein Schmierstoff 30 eingelagert. Der Schmierstoff 30 ist z. B. ein fetthaltiges Schmiermaterial von pastöser Konsistenz.
• Die Bohrungen 28 werden auf beiden Seiten des Rotors 16 durch poröse Abschlüsse 32 verschlossen, wie auch Fig. 3 zeigt. Bei den porösen Abschlüssen 32 handelt es sich um ein poröses Kunststoffmaterial (z. B. VYON-Filtermaterial in der Qualität F 4,75 mm (Stärke) mit einer mittleren Porenweite von 20 u von Firma Wilhelm Köpp Zellkautschuk, 58515 Lüdenscheid), durch das der Schmierstoff 30 unter Druck (Zentrifugalkraft) in sehr geringen Mengen durchfließt. Durch die Zentrifugalkraft wird in dem Schmierstoff 30 ein Druck erzeugt, der auch in axialer Richtung in den Längsbohrungen 28 wirksam wird. Die Abschlüsse 32 bilden somit einen Teil der Verbindungswege für den Transport des Schmierstoffes 30. Entsprechende Materialien sind z. B. aus dem Bereich der Schalldämpfung bekannt.
• Im Betrieb des Lamellenmotors 10 dreht sich der Rotor 16. Durch die auf den in den Längsbohrungen 28 eingelagerten Schmierstoff 30 wirkenden Fliehkräfte wird dieser gegen und in die porösen Abschlüsse 32 gedrückt. Der Schmierstoff 30 tritt hierdurch aus den porösen Abschlüssen 32 aus.
• Zwischen feststehenden Lagerscheiben 15a bzw. 15b im Gehäuse 12 und den Stirnseiten des Rotors 16 sind sehr geringe Spalte 34 gebildet (in Fig. 3 übertrieben dargestellt). Durch diese Spalte 34 gelangt der Schmierstoff 30 bei Bewegung des Lamellenmotors 10 nach außen an die Innenfläche 24 der Motorhülse 14, so daß die Spalte 34 einen weiteren Teil der Verbindungswege für den Transport des Schmierstoffs 30 bilden. Durch die Bewegung der Lamellen 22 wird der Schmierstoff 30 gleichmäßig im Bereich der Motorhülse 14 verteilt. Insbesondere wird eine gleichmäßige Schmierung der Innenfläche 24 erreicht.
• In einem Praxistest haben sich axiale Längsbohrungen von 12 mm Durchmesser als vorteilhaft erwiesen, bei denen ein beidseitiger Abschluß durch einen 5 mm langen Pfropfen aus porösem Kunststoffmaterial eingesetzt wurde. Bei einem solchen Motor war nach einer ununterbrochenen Betriebsdauer von 100 Stunden ca. 25% des Schmierstoffs (Fett) verbraucht. Der Schmierstoff war gleichmäßig im Motor verteilt und es kam zu keinen Ausfällen wegen "Trockenlaufen" des Lamellenmotors.

Claims (7)

1. Pneumatikmotor, bei dem sich ein durch Druckluft angetriebener Rotor (16) in einer zylindrischen Motorhülse (14) dreht, dadurch gekennzeichnet, daß

- Hohlräume (28) zur Aufnahme eines Schmierstoffs (30)

- und Verbindungswege für den Transport des Schmierstoffs (30) aus den Hohlräumen (28) in die Motorhülse (14) in dem Rotor vorgesehen sind,

- wobei die Hohlräume (28) einen Vorratsraum für eine Menge eines Schmiermittels (30) bilden, wobei der Vorratsraum bis auf die Verbindungswege abgeschlossen ist.

2. Pneumatikmotor nach Anspruch 1, wobei die Hohlräume (28) eine Menge eines Schmiermittels (30) enthalten, das für den Betrieb während der gesamten Lebensdauer des Motors ausreicht.

3. Pneumatikmotor nach Anspruch 1 oder 2, bei dem

- die Hohlräume (28) längliche axiale Bohrungen in dem Rotor (16) sind,

- und die Verbindungswege von den Hohlräumen (28) in die Motorhülse (44) eine oder mehrere Öffnungen dieser Bohrungen in einer oder beiden axialen Endflächen des Rotors umfassen.

4. Pneumatikmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlräume (28) durch poröse Membranen als Abschlüsse (32) oder durch Abschlüsse (32) mit ähnlicher Durchlässigkeit verschlossen sind.

5. Pneumatikmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es sich um einen Lamellenmotor (10) handelt, bei dem der Schmierstoff (30) in mindestens einer axialen Längsbohrung als Hohlraum (28) im Rotor (16) aufgenommen ist, die auf einer Seite oder beidseitig durch poröse Abschlüsse (32) wie eine poröse Membran oder durch Abschlüsse (32) mit ähnlicher Durchlässigkeit verschlossen ist.

6. Pneumatikmotor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlräume (28) symmetrisch um die Drehachse des Rotors (16) herum angeordnet sind.

7. Pneumatikmotor nach Anspruch 1-4 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß es sich um einen Zahnradmotor handelt, bei dem als Rotor ein Zahnradpaar in einer entsprechend angepaßten Motorhülse vorgesehen ist.