DE102004032177A1

DE102004032177A1 - Schwingungsdämpfungsvorrichtung, insbesondere für eine Elektrohandwerkzeugmaschine, sowie Getriebe mit einer solchen Schwingungsdämpfungsvorrichtung

Info

Publication number: DE102004032177A1
Application number: DE102004032177A
Authority: DE
Inventors: Peter Stierle; Juergen Wiker
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2004-07-02
Filing date: 2004-07-02
Publication date: 2006-01-19
Anticipated expiration: 2024-07-03
Also published as: GB2415651A; DE102004032177B4; CN100578041C; GB0513430D0; US7510464B2; CN1715707A; US20060053960A1; GB2415651B

Abstract

Es wird eine Schwingungsdämpfungsvorrichtung, insbesondere für eine Elektrohandwerkzeugmaschine (10), vorgeschlagen mit einem mit einer Antriebswelle (34) kraftschlüssig verbindbaren Rotationselement (24), wobei das Rotationselement (24) wenigstens eine mit einem schütt- oder fließfähigen Material gefüllte Kammer (28, 48) aufweist, über die Schwingungsenergie absorbierbar ist.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft eine Schwingungsdämpfungsvorrichtung, insbesondere zum Dämpfen von Antriebsstrangschwingungen in einer Elektrohandwerkzeugmaschine. Weiter betrifft die Erfindung ein Getriebe, insbesondere für eine Elektrohandwerkzeugmaschine, mit einer derartigen Schwingungsdämpfungsvorrichtung.
In einem Getriebe einer Elektrohandwerkzeugmaschine kommen aus Kostengründen gewöhnlich gesinterte Zahnräder mit einer Spiral- oder Gewindeverzahnung zum Einsatz. Auf geschnittene Zahnräder, deren Fertigungskosten höher sind, wird nur für qualitativ hochwertige Geräte, für die eine große Laufruhe gefordert ist, zurückgegriffen. Gesinterte Zahnräder zeigen gegenüber geschnittenen Zahnrädern fertigungsbedingt höhere Toleranzen. Dies kann in einem Getriebe zu zusätzlichen Schwingungen und Vibrationen im Antriebsstrang führen.
Zur Reduzierung von Antriebsstrangschwingungen ist bereits vorgeschlagen worden, zwischen Antriebszahnrad und Abtriebswelle federelastische Dämpfungselemente, insbesondere aus Gummi oder einem gummiähnlichen Material, einzuschalten. Über die tangential zwischen Antriebszahnrad und Antriebswelle wirkenden Dämpfungselemente werden Schwingungen kompensiert. Darüber hinaus werden die auf die Verzahnung wirkenden hohen Anlaufkräfte, die beim Einschalten des Antriebsmotors durch die Trägheit der Massen entstehen, oder im Betrieb in der Verzahnung auftretende Lastspitzen reduziert.
Vorteile der Erfindung
Erfindungsgemäß wird eine Schwingungsdämpfungsvorrichtung, insbesondere zur Reduzierung von Antriebsstrangschwingungen in einer Elektrohandwerkzeugmaschine, vorgeschlagen, die ein mit einer Antriebswelle kraftschlüssig verbindbares Rotationselement umfasst, wobei das Rotationselement wenigstens eine mit einem schütt- oder fließfähigen Material gefüllte Kammer aufweist, über die Schwingungsenergie absorbierbar ist.
Zur Dämpfung rotiert die Schwingungsdämpfungsvorrichtung in eingebautem Zustand, kraftschlüssig mit einer Antriebswelle verbunden, um die gemeinsame Rotationsachse. Unter einer Antriebswelle wird hierbei jede zum Geräteantrieb verwendete Welle sowohl in einem Antriebs- als auch in einem Abtriebsstrang verstanden. Insbesondere kann es sich bei einer Antriebswelle auch um eine Abtriebsspindel handeln. Die Schwingungsdämpfungsvorrichtung arbeitet frei von einer Belastung durch Antriebsmomente. Dadurch ist die Lebensdauer praktisch unbegrenzt.
Kommt es bei der Rotation zu einem Stoß, so wird dieser dadurch gedämpft, dass das schütt- oder fließfähige Material aufgrund seiner Massenträgheit dem Stoß entgegenwirkt. Es kommt zu Materialverlagerungen. Das Rotationselement bewegt sich aber mit der Antriebswelle weiter. Die Stoßenergie wird durch die in dem schütt- oder fließfähigen Material oder zwischen dem schütt- oder fließfähigen Material und dem Rotationselement entstehende Reibung teilweise in Wärme umgewandelt. Als Material kann insbesondere Sand oder eine Flüssigkeit verwendet werden. Es sind beliebige Ausgestaltungen der Kammer vorstellbar, die eine Materialverlagerung erlauben.
Die Schwingungsdämpfungsvorrichtung ist einfach aufgebaut, benötigt nur einen geringen Bauraum, und lässt sich, da keine hochbeanspruchbaren Materialen benötigt werden, kostengünstig fertigen. Ein weiterer Vorteil ist, dass sich die Schwingungsdämpfungsvorrichtung auch nachträglich leicht und ohne großen Aufwand in jede Handwerkzeugmaschine, beispielsweise auch in ein Druckluftwerkzeug, und insbesondere in eine Elektrohandwerkzeugmaschine, integrieren lässt. Das Einbringen der Schwingungsdämpfungsvorrichtung lässt sich einfach in einen bestehenden Montageablauf integrieren. Die Schwingungsdämpfungsvorrichtung kann als separates Bauteil eingesetzt oder an geeigneter Stelle durch ein Getriebebauteil, insbesondere durch ein Zahnrad, verwirklicht sein.
Mit der Schwingungsdämpfungsvorrichtung wird eine gewisse Stoß- oder Schwingungsdämpfung physikalisch mit jedem Material und jeder Geometrie erzielt. Vorteilhafterweise ist aber in die wenigstens eine Kammer wenigstens ein Dämpfungselement eingebracht, welches dort frei bewegbar ist. Abhängig vom Grad der zu erreichenden Dämpfung können die Anzahl, die Größe und das Material der Dämpfungselemente ausgewählt werden. Für einen hohen Dämpfungsgrad empfiehlt sich eine große Masse des Dämpfungselements. Für einen Dämpfungsgrad, wie er üblicherweise in Elektrohandwerkzeugmaschinen benötigt wird, ist es vorteilhaft, als Material für das Dämpfungselement ein Metall, beispielsweise Stahl, zu verwenden. Das in der Flüssigkeit frei bewegbare Dämpfungselement wirkt aufgrund seiner Massenträgheit ebenfalls dem Stoß entgegen. Das Dämpfungselement verharrt zunächst an seinem Ort. Folglich muss durch das verharrende Dämpfungselement das ihn umgebende Material verdrängt werden. Die Stoßenergie wird durch Reibung wiederum in Wärme umgewandelt.
Zweckmäßigerweise wird als Material eine viskose Flüssigkeit verwendet. Als eine viskose Flüssigkeit kommt eine Flüssigkeit mit einer Viskosität größer als der von Wasser in Betracht. Sollen hohe Dämpfungsgrade erzielt werden, empfiehlt es sich hochviskose Flüssigkeiten wie z.B. Öl oder Glyzerin zu verwenden.
Aus Kostengründen empfiehlt es sich, das Rotationselement der Schwingungsdämpfungsvorrichtung rotationssymmetrisch zu gestalten. Hierdurch wird gleichzeitig auf einfache Weise sichergestellt, dass durch die Schwingungsdämpfungsvorrichtung keine zusätzliche Unwucht in das System eingebracht wird. Vorteilhafterweise ist das Rotationselement ring- oder scheibenförmig mit einer zentralen Öffnung zur Aufnahme der Antriebswelle ausgestaltet. Durch diese Bauform lässt sich die Schwingungsdämpfungsvorrichtung einfach mit einer Antriebswelle verbinden. Auch eine Nachrüstung von Geräten ist mög lich. Die Antriebswelle kann auch formschlüssig mit dem Rotationselement verbunden werden.
Werden mehrere Dämpfungselemente eingesetzt, so sind diese so anzuordnen, dass keine zusätzliche Unwucht in das System eingebracht wird. Zweckmäßigerweise werden hierzu in das Rotationselement mehrere in Umfangsrichtung voneinander, insbesondere gleich, beabstandete Kammern eingebracht. Die beispielsweise durch Bohren eingebrachten Kammern werden mit der Flüssigkeit gefüllt und nach Einbringen des wenigstens einen Dämpfungselements flüssigkeitsdicht verschlossen. Derartige Kammern können auch direkt in ein vorhandenes Zahnrad, beispielsweise ein Tellerrad, eines Getriebes eingebracht werden. Das Zahnrad entspricht dann dem Rotationselement der Schwingungsdämpfungsvorrichtung.
In einer anderen vorteilhaften Ausführungsform ist die Kammer als ein ringförmiger Hohlraum in dem Rotationselement ausgebildet. In diese Kammer ist zweckmäßigerweise ein in der Flüssigkeit frei bewegbares, ringförmiges Dämpfungselement eingebracht. Hierzu weist das Dämpfungselement bei gleichem Ringradius einen gegenüber dem Hohlraum kleineren Querschnitt auf. Diese Ausführungsform ermöglicht die Verwendung einer maximal großen Dämpfermasse ohne zusätzliche Unwucht.
Der Reibungsgrad des Dämpfungselements mit der Flüssigkeit und damit der erzielbare Dämpfungsgrad, lässt sich vorteilhafterweise erhöhen, wenn das Dämpfungselement mit einer Anzahl von Vertiefungen versehen ist. Die Vertiefungen können dabei als Furchen, Spalten, Nischen, Löcher oder Einkerbungen ausgebildet sein. Auch kann die gesamte Oberfläche eingesenkt sein, wobei nur einzelne höhere Grate bestehen bleiben.
Weiter wird ein Getriebe, insbesondere für eine Elektrohandwerkzeugmaschine, angegeben, welches erfindungsgemäß zur Reduzierung von Antriebsstrangschwingungen eine Schwingungsdämpfungsvorrichtung der vorgenannten Art aufweist.
Vorteilhafterweise ist dabei die Kammer der Schwingungsdämpfungsvorrichtung in ein insbesondere als Tellerrad ausgebildetes Abtriebszahnrad des Getriebes integriert. Aufgrund des vorhandenen Bauraums oder Volumens des Tellerrads kann die Schwingungsdämpfungsvorrichtung an dieser Stelle besonders einfach in das Getriebe integriert werden. Hierdurch kann zudem ein bereits vorhandenes Getriebe nachträglich mit der Dämpfung ausgerüstet werden.
Zeichnung
Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Die Zeichnung, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
Es zeigen:
1 in Draufsicht schematisch einen Winkelschleifer,
2 in einer Explosionsdarstellung ein ringförmiges Rotationselement einer Schwingungsdämpfungsvorrichtung,
3 in einem Halbschnitt die Schwingungsdämpfungsvorrichtung gemäß 2 montiert auf der Abtriebsspindel eines Winkelschleifers,
4 in einem Halbschnitt eine in ein Tellerrad einer Abtriebsspindel integrierte Schwingungsdämpfungsvorrichtung mit einzelnen Kammern,
5 in einem Halbschnitt eine in ein Tellerrad einer Abtriebsspindel integrierte Schwingungsdämpfungsvorrichtung mit einer umlaufenden Kammer in Form eines ringförmigen Hohlraums und
6 die integrierte Schwingungsdämpfungsvorrichtung gemäß 5 in einer Explosionsdarstellung.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
1 zeigt beispielhaft als eine Elektrohandwerkzeugmaschine in einer vereinfachten Darstellung einen Winkelschleifer 10. Der Winkelschleifer 10 umfasst ein Gehäuse 12, in welchem die elektrische Antriebsmotorik untergebracht ist, und einen am Gehäuse 12 seitlich angebrachten Handgriff 14 zur Arbeitsführung des Geräts. Am vorderen Ende des Gehäuses 12 tritt 90° zur Gehäuselängsachse abgewinkelt die nicht sichtbare Abtriebsspindel aus, auf der eine Schleifscheibe 16 befestigt ist. Zum Schutz des Handwerkers vor umherfliegenden Partikeln wie Staub, Splitter oder Funken ist auf der Griffseite des Gehäuses 12 über der Schleifscheibe 16 eine Schutzhaube 18 montiert. Zur Versorgung mit elektrischer Energie ist in das hintere Ende des Gehäuses 12 ein Netzkabel 20 eingeführt.
In 2 ist in einer Explosionsdarstellung eine Schwingungsdämpfungsvorrichtung 22 in unmontiertem Zustand dargestellt. Die Schwingungsdämpfungsvorrichtung 22 umfasst ein ringförmiges Rotationselement 24 mit einer zentralen Öffnung 26. Über die zentrale Öffnung 26 lässt sich das Rotationselement 24 kraft- und formschlüssig mit einer Abtriebsspindel verbinden. In das ringförmige Rotationselement 24 sind gegenüberliegend zwei Kammern 28 mit jeweils kreisförmigem Querschnitt durch Bohren eingebracht. In die mit einer Flüssigkeit hoher Viskosität gefüllten Kammern 28 ist jeweils ein kugelförmiges Dämpfungselement 30 aus Stahl eingelegt. Das Dämpfungselement 30 weist einen gegenüber dem Durchmesser der Kammer 28 kleineren Durchmesser auf, so dass es in der Flüssigkeit frei beweglich ist. Beide Kammern 28 werden über eine Verschlusskappe 32 flüssigkeitsdicht verschlossen. Eine der Kammern 28 ist hierbei noch in geöffnetem Zustand dargestellt. Die Verschlusskappe 32 wird mit der Kammer 28 oder dem Rotationselement 24 verschraubt. In einer alternativen Ausführungsform kann die Verschlusskappe auch verklebt oder in sonst geeigneter Art und Weise mit dem Rotationselement 24 verbunden werden.
3 zeigt in einem Halbschnitt die Schwingungsdämpfungsvorrichtung 22 nach 2 in einem montierten Zustand. Dabei ist das ringförmige Rotationselement 24 auf einer Abtriebsspindel 34 eines Winkelschleifers 10 gemäß 1 zwi schen einem Kugellager 36 und einem Tellerrad 38 befestigt. Zur Verbindung mit der Abtriebsspindel 34 umgreift das Rotationselement 24 kraft- und formschlüssig einen ringförmig verlängerten Teil des Tellerrads 38, welches seinerseits kraft- und formschlüssig auf die Abtriebsspindel 34 gepresst ist. Die Abtriebsspindel 34 selbst ist durch das Kugellager 36 gegen das Gehäuse 12 des Winkelschleifers 10 gelagert. Über eine Verzahnung 40 des Tellerrads 38 wird die Rotation eines Elektromotors auf die Abtriebsspindel 34 übertragen. Man erkennt deutlich die beiden in das Rotationselement 24 eingebrachten Kammern 28, in denen jeweils ein frei bewegliches kugelförmiges Dämpfungselement 30 eingebracht ist. Die beiden Kammern 28 sind jeweils mit der hochviskosen Flüssigkeit gefüllt. Selbstverständlich können auch mehr als zwei Kammern 28 in das Tellerrad 38 eingebracht werden. Es empfiehlt sich, die Kammern 28 in Umlaufrichtung voneinander gleich beabstandet vorzusehen, um eine Unwucht beim Laufen zu vermeiden.
Eine integrierte Ausgestaltung der Schwingungsdämpfungsvorrichtung 22 gemäß 2 ist in 4 dargestellt. Das Rotationselement 24 ist hierbei nicht separat ausgeführt, sondern mit dem Tellerrad 38 als eine bauliche Einheit ausgeführt, welches zum Antrieb der Abtriebsspindel 34 mit dieser formschlüssig verpresst ist. In einem ringförmig verlängerten, die Abtriebsspindel 34 umlaufenden Teilstück des Tellerrads 38 sind gegenüberliegend zwei Bohrungen 42 eingebracht, welche mit Öl als Flüssigkeit 44 gefüllt sind. In die beiden Bohrungen 42 ist jeweils ein kugelförmiges Dämpfungselement 46 aus Metall eingesetzt. In dieser integrierten Ausführungsform stellt das die Dämpfungselemente 46 aufnehmende Teller rad 38 das Rotationselement der Schwingungsdämpfungsvorrichtung dar. Durch diese Ausgestaltung kann ein vorhandenes Getriebe ohne Umkonstruktion mit wenig Aufwand mit der Schwingungsdämpfungsvorrichtung 22 nachträglich ausgestattet werden.
5 zeigt ein weiteres integriertes Ausführungsbeispiel. Hierbei ist in dem die Abtriebsspindel 34 antreibenden Tellerrad 38 als eine einzige Kammer ein umlaufender ringförmiger Hohlraum 48 eingearbeitet. In diesem mit Flüssigkeit gefüllten Hohlraum 48 ist ein ringförmiges Dämpfungselement 50 aus Metall frei beweglich eingesetzt. Die ringförmige Ausgestaltung hat den Vorteil großer Dämpfermassen, so dass sich ein hoher Dämpfungsgrad erzielen lässt. Um den Reibschluss des ringförmigen Dämpfungselements 50 mit der Flüssigkeit zu erhöhen, sind Vertiefungen eingearbeitet, die in 6 näher sichtbar sind.
Die Explosionsdarstellung gemäß 6 zeigt noch einmal das integrierte Ausführungsbeispiel gemäß 5. Man erkennt die Abtriebsspindel 34, die in dem Kugellager 36 gelagert und geführt ist. Das antreibende Tellerrad 38 mit Verzahnung 40 weist auf der Unterseite eine umlaufende Ringnut 52 auf. In diese Ringnut 52 wird das ringförmige Dämpfungselement 50 eingesetzt. Dieses weist umlaufend eine Anzahl von Vertiefungen 56 auf, um den Reibschluss mit der Flüssigkeit zu erhöhen. Die Ringnut 52 wird nach Einfüllen von Flüssigkeit mit einer Dichtscheibe 54 flüssigkeitsdicht abgeschlossen.

10: Winkelschleifer
12: Gehäuse
14: Handgriff
16: Schleifscheibe
18: Schutzhaube
20: Netzkabel
22: Schwingungsdämpfungs
: vorrichtung
24: Rotationselement
26: Zentrale Öffnung
28: Kammer
30: Dämpfungselement
32: Verschlusskappe
34: Abtriebsspindel
36: Kugellager
38: Tellerrad
40: Verzahnung
42: Bohrung
44: Flüssigkeit
46: Dämpfungselement
48: Ringförmiger Hohlraum
50: Ringförmiges Dämpfungs
: element
52: Ringnut
54: Dichtscheibe
56: Vertiefung

Claims

Schwingungsdämpfungsvorrichtung, insbesondere für eine Elektrohandwerkzeugmaschine (10), mit einem mit einer Antriebswelle (34) kraftschlüssig verbindbaren Rotationselement (24), wobei das Rotationselement (24) wenigstens eine mit einem schütt- oder fließfähigen Material gefüllte Kammer (28, 48) aufweist, über die Schwingungsenergie absorbierbar ist.
Schwingungsdämpfungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in die wenigstens eine Kammer (28, 48) wenigstens ein Dämpfungselement (30, 46, 50) eingebracht ist, welches in dem schütt- oder fließfähigen Material bewegbar ist.
Schwingungsdämpfungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das schütt- oder fließfähige Material eine Flüssigkeit (44) ist.
Schwingungsdämpfungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Rotationselement (24) ring- oder scheibenförmig mit einer zentralen Öffnung (26) zur Aufnahme der Antriebswelle (34) ausgestaltet ist.
Schwingungsdämpfungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass in das Rotationselement (24) mehrere, in Umfangsrichtung voneinander beabstandete Kammern (28) eingebracht sind.
Schwingungsdämpfungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Kammer als ein ringförmiger Hohlraum (48) ausgebildet ist.
Schwingungsdämpfungsvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass in den ringförmigen Hohlraum (48) ein im wesentlichen ringförmiges Dämpfungselement (50) eingebracht ist.
Schwingungsdämpfungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Dämpfungselement (30, 46, 50) zur Erhöhung des Reibschlusses mit der Flüssigkeit (44) mit einer Anzahl von Vertiefungen (56) versehen ist.
Getriebe, insbesondere für eine Elektrohandwerkzeugmaschine (10), mit einer Schwingungsdämpfungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8.
Getriebe nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kammer (28) der Schwingungsdämpfungsvorrichtung in ein insbesondere als Tellerrad (38) ausgebildetes Abtriebszahnrad integriert ist.