NO801324L

NO801324L - LAMELLMASKIN.

Info

Publication number: NO801324L
Application number: NO801324A
Authority: NO
Inventors: George Anthony Cooper; Jacques Berlie
Original assignee: Cerac Inst Sa
Priority date: 1979-05-16
Filing date: 1980-05-06
Publication date: 1980-11-17
Also published as: SE427491B; ES8101727A1; AU536155B2; ES491491A0; BR8003080A; EP0019605A1; DE3062178D1; SU1056920A3; JPS55153885A; EP0019605B1; SE7904291L

Description

Den foreliggende oppfinnelse angår en lamellmaskin somThe present invention relates to a lamellar machine which

er spesielt egnet for drift med et tørt og oljefritt, komprimerbart arbeidsmedium, f.eks. trykkluft, ved høye hastigheter. is particularly suitable for operation with a dry and oil-free, compressible working medium, e.g. compressed air, at high speeds.

En betydelig mengde forsøk har vært gjennomført gjennom flere decennier for å kunne bringe på det rene hvorledes en lamellmaskin bør være utført for å kunne drives uten olje-smøring over lengre tid. Hittil har man ikke funnet noen løsning med en levetid som er direkte sammenlignbar med levetiden for oljesmurte maskiner. I US-PS 3 335 944 er det foreslått å anvende et lamellmateriale som består av en blanding av polytetra-fluoreten og malt glass. A considerable amount of experiments have been carried out over several decades in order to clarify how a lamella machine should be designed in order to be operated without oil lubrication for a long time. So far, no solution has been found with a lifetime that is directly comparable to the lifetime of oil-lubricated machines. In US-PS 3 335 944 it is proposed to use a lamellar material consisting of a mixture of polytetrafluoroethylene and ground glass.

Hovedhensikten med den foreliggende oppfinnelse er å finne en materialkombinasjon som er tilstrekkelig hård til å være slitefast uten å være sprø, slik at biter brytes løs fra lamellene. Da et arbeidsmedium, som til tross for at det er tørt og oljefritt, ofte inneholder små mengder fuktighet og olje, vil lamellmaskinen ifølge oppfinnelsen fungere også under disse forhold uten alvorlige virkninger på levetiden. The main purpose of the present invention is to find a material combination that is sufficiently hard to be wear-resistant without being brittle, so that pieces break loose from the slats. Since a working medium, which, despite being dry and oil-free, often contains small amounts of moisture and oil, the lamella machine according to the invention will also work under these conditions without serious effects on the service life.

Som nevnt ovenfor var det ikke funnet en egnet materialkombinasjon for lamellene i en lamellmaskin før den foreliggende oppfinnelse ble gjort, til tross for alle de an-strengelser som har vært gjort gjennom flere decennier. Et betydningsfullt problem har vært de høye hastigheter som ofte forekommer mellom lamellene og sylinderhuset. Hastigheten kan f.eks. være opptil eller til og med over 20 m/s i en lamell-motor for en hånd-slipemaskin. Da kontakttrykket mellom de hovedsakelig radialt bevegelige lameller og den sylindriske motflate er omtrent proporsjonalt med kvadratet av hastigheten, er det klart at det er ønskelig å utføre lamellene så lette som mulig for å motvirke effekten av de høye hastigheter. As mentioned above, a suitable material combination for the lamellas in a lamella machine had not been found before the present invention was made, despite all the efforts that have been made over several decades. A significant problem has been the high speeds that often occur between the fins and the cylinder housing. The speed can e.g. be up to or even over 20 m/s in a vane motor for a hand grinder. As the contact pressure between the mainly radially moving lamellas and the cylindrical counter surface is roughly proportional to the square of the speed, it is clear that it is desirable to make the lamellas as light as possible to counteract the effect of the high speeds.

Ifølge oppfinnelsen tilveiebringes en lamellmaskin hvor de hovedsakelig radialt bevegelige lameller er forsynt med partier, i det minste på den flate som er i tettende kontakt According to the invention, a lamella machine is provided where the mainly radially movable lamellas are provided with parts, at least on the surface which is in sealing contact

■med sylinderhuset, av et slitefast materiale som omfatter en ■with the cylinder housing, of a wear-resistant material comprising a

matrise eller grunnmasse med hårde bestanddeler med en hårdhet. på Vickers skala som avviker mindre enn 20 % fra sylinderens hårdhet. samt et uorganisk, fast smøremiddel. matrix or base material with hard components with a hardness. on the Vickers scale that deviates less than 20% from the hardness of the cylinder. as well as an inorganic, solid lubricant.

Grunnmassen skal fortrinnsvis være en polymer av fluorert hydrocarbon, spesielt polytetrafluoreten, polyfluor-etenpropen eller polyfluoralkoxyharpiks. The base material should preferably be a polymer of fluorinated hydrocarbon, in particular polytetrafluoroethylene, polyfluoroethylene propylene or polyfluoroalkyl resin.

Det slitefaste materiale skal fortrinnsvis inneholde mellom 5 og 30 volum-% hårde bestanddeler. Glass eller carbon er å foretrekke som hårde bestanddeler. Disse kan med fordel være i form av partikler eller fibre. Fibrene skal fortrinnsvis være anordnet systematisk, f.eks. vevet, for å øke lamell-stivheteii. The wear-resistant material should preferably contain between 5 and 30% by volume of hard components. Glass or carbon are preferable as hard components. These can advantageously be in the form of particles or fibres. The fibers should preferably be arranged systematically, e.g. the tissue, to increase lamellar stiffness.

Det uorganiske faste smøremiddel skal fortrinnsvis velges fra en gruppe av materialer som ikke reagerer kjemisk med det samvirkende sylindermateriale. Spesielt gode resultater er oppnådd med bly eller blyoxyd som fast smøremiddel.når sylinderen er fremstilt av stål eller støpejern. Det er rimelig å anta, når man går ut fra denne oppdagelse, at andre, blyforbindelser ville fungere tilfredsstillende, idet det ikke er funnet noen forskjell i resultatene for ikke-oxydert blymetall, halvoxydert blymetall og blyoxyd. The inorganic solid lubricant should preferably be selected from a group of materials which do not react chemically with the cooperating cylinder material. Particularly good results have been achieved with lead or lead oxide as a solid lubricant when the cylinder is made of steel or cast iron. It is reasonable to assume, based on this discovery, that other lead compounds would work satisfactorily, as no difference has been found in the results for non-oxidized lead metal, semi-oxidized lead metal and lead oxide.

Innenfor lagerteknikken anbefales bly og tinn fordi disse er myke og lett formbare metaller. Disse anbefalinger kan imidlertid ikke benyttes i dette tilfelle, da tilsetning av tinn til en blanding av polytetrafluoreten og glass gir betydelig dårligere resultater. Nedslitningshastigheten er omtrent tre ganger så høy med 10 vo'lum-% tinn i materialet som uten. Som nevnt ovenfor behøver blyet.ikke være i sin metalliske form. Dessuten er det ønskelig, som nevnt ovenfor, å utføre lamellene så,lette som mulig. Tilsetningen av bly betyr et betydelig skritt bort fra denne idé. Det er derfor meget overraskende at blytilsetningen reduserer ned-slitningen av lamellene. Forbedringer med en faktor på ca. ti er blitt observert i hastighetsprøver med bly eller blyoxyd som fast smøremiddel. Prøver har vist at nedslitningshastigheten som oppnås ved hjelp av oppfinnelsen, under tørre og olj ef rie' forhold, er like lav som de nedslitningshastigheter som oppnås med vanlige fenollameller og full oljesmøring. In bearing technology, lead and tin are recommended because these are soft and easily malleable metals. However, these recommendations cannot be used in this case, as the addition of tin to a mixture of polytetrafluoroethylene and glass gives significantly worse results. The rate of wear and tear is approximately three times as high with 10 vol% tin in the material as without. As mentioned above, the lead does not have to be in its metallic form. Furthermore, as mentioned above, it is desirable to make the slats as light as possible. The addition of lead represents a significant step away from this idea. It is therefore very surprising that the addition of lead reduces the wear and tear of the lamellae. Improvements by a factor of approx. ten have been observed in speed tests with lead or lead oxide as a solid lubricant. Tests have shown that the rate of wear achieved by means of the invention, under dry and oil-free conditions, is as low as the rates of wear achieved with ordinary phenolic lamellae and full oil lubrication.

Fig 1 viser et lengdesnitt gjennom en luftmotor,Fig 1 shows a longitudinal section through an air motor,

etter linjen 1 - 1 på fig. 2, fig. 2 viser tverrsnitt av motoren etter linjen 2 - 2 på fig. 1, fig. 3 viser slitasjehastigheter som er oppnådd i en prøveserie med forskjellige blymengder, og fig. 4 viser slitasjehastigheten som funksjon av blymengden. following the line 1 - 1 in fig. 2, fig. 2 shows a cross-section of the engine along the line 2 - 2 in fig. 1, fig. 3 shows wear rates obtained in a test series with different amounts of lead, and fig. 4 shows the rate of wear as a function of the amount of lead.

Den på fig. 1 og 2 viste luftmotor omfatter et sylinder-hus 11 som er forsynt med to gavler 13. En rotor 16 som har en utgående aksel 12 er lagret ekssentrisk i forhold til sylinderen 11 i gavlene 13 ved hjelp av lagre 14. Rotoren er dessuten forsynt med et antall lameller 20 som er bevegelige i hovedsakelig radiale spor 19. Uttrykket hovedsakelig radiale betyr i denne forbindelse at sporene kan avvike fra den radiale retning med opptil 30°. Huset er forsynt med en innløpsport 30 for trykkluft og utløpsporter 31. The one in fig. The air motor shown in 1 and 2 comprises a cylinder housing 11 which is provided with two end caps 13. A rotor 16 which has an output shaft 12 is supported eccentrically in relation to the cylinder 11 in the end caps 13 by means of bearings 14. The rotor is also provided with a number of lamellas 20 which are movable in mainly radial grooves 19. The expression mainly radial means in this connection that the grooves can deviate from the radial direction by up to 30°. The housing is provided with an inlet port 30 for compressed air and outlet ports 31.

Fig. 3 viser de slitasjehastigheter som er oppnådd med forskjellige mengder halvoxydert blymetall. Disse prøver er gjort med en luftmotor som arbeidet ubelastet ved 10 000 omdr./min, svarende til en hastighet på 20 m/s. Forholdet mellom glassfiber"skåret i korte stykker, og poly-tetraf luoreten (PTFE) er holdt konstant på 1:3. Alle mengder er angitt i voum-% (V/o) . På fig. 4 er vist slitasj.e-hastighetene i yUm/h som funksjon av blymengden. Slitasjehastigheten som oppnås uten bly er den slitasjehastighet som fås med materialkombinasjonen ifølge det ovennevnte US-PS Fig. 3 shows the wear rates obtained with different amounts of half-oxidized lead metal. These tests were carried out with an air motor which worked without load at 10,000 rpm, corresponding to a speed of 20 m/s. The ratio between glass fiber "cut into short pieces" and the poly-tetrafluoroethylene (PTFE) is kept constant at 1:3. All quantities are indicated in voum-% (V/o). Fig. 4 shows the wear rates in yUm/h as a function of the amount of lead The wear rate obtained without lead is the wear rate obtained with the material combination according to the above US-PS

3 335 944. Den slitasjehastighet som er oppnådd med 1% bly3 335 944. The wear rate achieved with 1% lead

(18 yum/h) er utelatt på fig. 4, da det er meget usannsynlig at det finnes en maksimumsverdi der. Denne verdi er sann-synligvis feilaktig og'det har ikke vært gjort noen forsøk på å finne den korrekte verdi, idet det ikke er av interesse å vite denne i praksis. Som det fremgår av fig. 3 og 4 bør det slitefaste materiale inneholde mellom 5 og 30 volum-% uorganisk fast smøremiddel. Slitasjehastighetene som oppnås med 10-20 volum-% uorganisk fast smøremiddel .er spesielt interessante. Ved anvendelser hvor kravet til raske hastighetsendringer er særlig høyt, er en mengde på 5 % meget interessant selv om slitasjehastigheten er vesentlig høyere enn den optimale verdi. Slitasjehastigheten er imidlertid i dette tilfelle bare ca. 50 % av den verdi som (18 yum/h) is omitted in fig. 4, as it is very unlikely that there is a maximum value there. This value is probably incorrect and no attempt has been made to find the correct value, as it is not of interest to know this in practice. As can be seen from fig. 3 and 4, the wear-resistant material should contain between 5 and 30% by volume inorganic solid lubricant. The wear rates achieved with 10-20% by volume inorganic solid lubricant are particularly interesting. In applications where the requirement for rapid speed changes is particularly high, an amount of 5% is very interesting even if the wear rate is significantly higher than the optimal value. However, the wear rate in this case is only approx. 50% of the value which

fås uten uorganisk fast smøremiddel.available without inorganic solid lubricant.

Det har også vært gjennomført prøver ved de 'ovennevnte arbeidshastigheter med carbonfiber i stedet for glass som hård bestanddel. Ved disse prøver har det vært anvendt to varianter, generelt kjent som type I (høy modul, middels styrke) 0<3 tyPe II (høy styrke, middels modul) . Som ved de ovennevnte prøver med glass ble forholdet mellom carbonfiber og PTFE holdt konstant på 1:3. Prøver ble gjort med opptil 20<V>/o bly med fiber av type II. En slitasjehastighet på 4^um/h ble oppnådd med 60<v>/o PTFE, 20<v>/o carbonfiber av type II og 20<v>/o bly. Med en blanding inneholdende 6 0<V>/o PTFE, 20<v>/o carbonfiber av type I og 20<v>/o bly ble det oppnådd en slitasjehastighet på 1,5^um/h. Av disse resultater fremgår det at meget gode resultater oppnås med carbonfiber som hårde bestanddeler. Den beste verdi som ble oppnådd med fiber av type I er like god som verdien oppnådd med glass. Tests have also been carried out at the above-mentioned working speeds with carbon fiber instead of glass as the hard component. In these tests, two variants have been used, generally known as type I (high modulus, medium strength) 0<3 tyPe II (high strength, medium modulus). As with the above-mentioned samples with glass, the ratio between carbon fiber and PTFE was kept constant at 1:3. Tests were made with up to 20<V>/o lead with type II fiber. A wear rate of 4 µm/h was achieved with 60<v>/o PTFE, 20<v>/o Type II carbon fiber and 20<v>/o lead. With a mixture containing 60<V>/o PTFE, 20<v>/o carbon fiber of type I and 20<v>/o lead, a wear rate of 1.5 µm/h was achieved. From these results, it appears that very good results are achieved with carbon fiber as hard components. The best value obtained with type I fiber is as good as the value obtained with glass.

Den ovenstående beskrivelse gir bare eksempler på foretrukne alternativer og må ikke betraktes som en. begrensning av oppfinnelsen, som er definert i patentkravene. Grunnmassen kan være en fenolharpiks. I visse tilfeller kan det være fordelaktig å benytte grafitt eller molybdensulfid som uorganisk fast smøremiddel. The above description only provides examples of preferred options and should not be considered as one. limitation of the invention, which is defined in the patent claims. The base material can be a phenolic resin. In certain cases, it can be advantageous to use graphite or molybdenum sulphide as an inorganic solid lubricant.

Claims

1. Lamellar machine, comprising a cylinder (11) with two ends (13), inlet (30) and outlet devices (31) for a compressible working medium, a rotor (16), which is eccentrically mounted in the cylinder (11) and a number lamellas (20) which are displaceably arranged in mainly radial grooves (19) in the rotor (16) to maintain sealing contact with the cylinder (11) during rotation of the rotor (16), characterized in that each lamella (20), at least at . the surface that is in sealing contact with the cylinder (11) is provided with a portion of wear-resistant material comprising a base mass with hard components that have a hardness on the Vickers scale that differs by less than 20% from the hardness of the material in the interacting cylinder, as well as a inorganic, solid lubricant.

2. Lamellar machine according to claim 1, characterized in that the base mass consists of a polymer of fluorinated hydrocarbon.

3. Lamellar machine according to claim 1 or 2, characterized in that the wear-resistant material contains between 5 and 30 volume-% hard components.

4. Lamellar machine according to claims 1-3, characterized in that the hard components comprise glass or carbon.

5. Lamellar machine according to one of the preceding claims, characterized in that the hard components are in the form of fibers which are systematically oriented to increase the lamella stiffness.

6. Lamellar machine according to claim 5, characterized in that the fibers are woven.

7. Lamellar machine according to one of the preceding claims, characterized in that the inorganic solid lubricant is selected from a group of materials which do not react chemically with the interacting cylinder material.

8. Lamellar machine according to claim 7, characterized in that the inorganic solid lubricant is lead or a lead compound and that the cooperating cylinder surface consists of steel or cast iron.

9. Lamellar machine according to one of the preceding claims, characterized in that the wear-resistant material contains between 5 and 30% by volume inorganic, solid lubricant.

10. Lamellar machine according to claim 9, characterized in that the wear-resistant material contains from 10-20 volume-% inorganic, solid lubricant.