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Die
Erfindung betrifft eine fahrbare Schneidvorrichtung gemäß dem Oberbegriff
von Patentanspruch 1.
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Fahrbare
Schneidvorrichtungen, insbesondere Fugenschneider bzw. Bodentrennschleifmaschinen
mit manuellem Vorschub sind bekannt. Sie weisen häufig als
Antriebsmotor einen einzylindrigen Verbrennungsmotor auf, dessen
Leistung über
einen Riementrieb auf eine als Werkzeug dienende Schneidscheibe übertragen
wird. Aufgrund der relativen großen freien Massenkräfte und
-momente dieser Motoren sowie wegen des ungünstigen Gewichtsverhältnisses
von Motor zur Restmaschine entstehen relativ starke Schwingungen,
die über Handgriffe
auch auf den den Fugenschneider führenden Bediener übertragen
werden. Bei durch Ottomotoren angetriebenen Fugenschneidern werden Hand-Arm-Schwingungswerte
von 5 bis 10 m/s2 erreicht. Bei Dieselmotor-Antrieben
liegen die Werte meist sogar noch höher (bis ca. 15 m/s2).
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Um
den Bediener vor einer zu starken Schwingungseinwirkung bzw. zu
hohen Beschleunigungswerten zu schützen, werden die Handgriffe
an den Fugenschneidern meist mit Kunststoff oder Gummi überzogen.
Die vibrationsmindernde Wirkung ist jedoch gering.
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Ebenso
ist es bekannt, den Motor mit Hilfe einer elastischen Motorlagerung
von der Restmaschine schwingungsmäßig zu isolieren. Die elastische Lagerung
erlaubt jedoch prinzipbedingt Relativbewegungen zwischen der Antriebsseite
und der Abtriebsseite. Sofern zur Leistungsübertragung ein Riementrieb
verwendet wird, bedeutet dies, dass sich die Relativlage zwischen
der Antriebs-Riemenscheibe und der Abtriebs-Riemenscheibe ständig ändert, was
die Lebensdauer des zur Leistungsübertragung verwendeten Riemens
erheblich vermindert. Zudem bewirkt die erforderliche Riemenvorspannung
Rückwirkungen
auf die elastische Lagerung des Motors, wodurch die Auslegung des
Gesamtsystems für
sämtliche
Betriebsbedingungen erschwert wird.
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Andere
Systeme zur Leistungsübertragung vom
Antriebsmotor auf das Werkzeug, wie z. B. Kettentriebe oder Hydrogetriebe,
sind wesentlich teurer und wartungsintensiver.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine fahrbare Schneidvorrichtung
anzugeben, mit einer effektiven Schwingungsisolierung wenigstens
an dem vom Bediener geführten
Handgriff, ohne dass negative Einflüsse auf das Antriebssystem
in Kauf genommen werden müssen.
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Die
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine
Schneidvorrichtung nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterentwicklungen
der Erfindung sind in den abhängigen
Ansprüchen
angegeben.
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Eine
erfindungsgemäße fahrbare
Schneidvorrichtung weist einen Antriebsmotor zum Erzeugen eines
Antriebsdrehmoments und eine Getriebeeinrichtung mit einem mit dem
Antriebsmotor gekoppelten, bezüglich
einer ersten Achse drehbaren Antriebselement, einem bezüglich einer
zweiten Achse drehbaren Abtriebselement und einer das Antriebselement
mit dem Abtriebselement koppelnden Drehmomentübertragungseinrichtung auf.
Stromab von der Getriebeeinrichtung ist eine mit dem Abtriebselement
gekoppelte drehbare Werkzeughalterung angeordnet, in der ein Werkzeug,
z. B. eine Schneidscheibe, befestigbar ist. Das Antriebselement
und das Abtriebselement sind durch eine steife Trägereinrichtung
derart gehalten, dass der Achsabstand, also die Relativlage zwischen
der ersten und der zweiten Achse im Wesentlichen konstant und insbesondere im
Betrieb unveränderlich
ist. Weiterhin ist zwischen dem Antriebsmotor und dem Antriebselement und/oder
zwischen dem Abtriebselement und der Werkzeughalterung eine Ausgleichseinrichtung
vorgesehen, zum im Wesentlichen drehsteifen Übertragen des Antriebsdrehmoments
und zum Ausgleichen eines Radial- und Axialversatzes zwischen einer
in die Ausgleichseinrichtung hineinführenden Achse und einer aus
der Ausgleichseinrichtung herausführenden Achse.
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Durch
die steife Trägereinrichtung
ist es sichergestellt, dass sich die Relativlage zwischen dem Antriebselement
und dem Abtriebselement auch im schwingungsbehafteten Betrieb der
Schneidvorrichtung nicht ändern
kann. Dadurch wird insbesondere die das Antriebselement und das
Abtriebselement koppelnde Drehmomentübertragungseinrichtung von durch
Schwingungen bewirkten Zwangskräften
freigehalten, so dass eine deutlich höhere Lebensdauer erreicht werden
kann. Um aber in dem Drehmomentenfluss vom Antriebsmotor zum Werkzeug
eine für die
Schwingungsentkopplung erforderliche relative Beweglichkeit zu erreichen,
ist an geeigneter Stelle, nämlich
zwischen dem Antriebs motor und dem Antriebselement und/oder zwischen
dem Abtriebselement und der Werkzeughalterung die Ausgleichseinrichtung
vorgesehen. Die Ausgleichseinrichtung ist in der Lage, das Antriebsdrehmoment
im Wesentlichen drehsteif zu übertragen.
Eine zum Erweichen einer Schwingungsisolation erforderliche Relativbeweglichkeit
zwischen dem Antriebsmotor und dem Werkzeug wird als Radial- und
Axialversatz zwischen der in die Ausgleichseinrichtung hineinführenden
Achse und der aus der Ausgleichseinrichtung herausführenden
Achse in der Ausgleichseinrichtung realisiert. Aufgrund ihrer konstruktiven
Ausführung
ist die Ausgleichseinrichtung in der Lage, den Versatz aufzunehmen
und auszugleichen. Da die Ausgleichseinrichtung von der Getriebeeinrichtung
getrennt ist, wird die Getriebeeinrichtung durch den Versatz nicht belastet.
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Vorzugsweise
ist die Getriebeeinrichtung ein Riementrieb, so dass das Antriebselement
als Antriebs-Riemenscheibe und das Abtriebselement als Abtriebs-Riemenscheibe
ausgeführt
ist. Als Drehmomentübertragungseinrichtung
dient ein Riemen, insbesondere ein Keilriemen, ein Zahnriemen oder
ein Keilrippenriemen. Riementriebe haben sich bereits in der Vergangenheit
als robust, wartungsarm und zuverlässig erwiesen. Indem die steife
Trägereinrichtung
die Relativposition zwischen der Antriebs-Riemenscheibe und der
Abtriebs-Riemenscheibe konstant hält, wird der Riemen praktisch
ausschließlich durch
die zur Übertragung
des Antriebsdrehmoments erforderlichen Kräfte belastet, nicht aber durch
eine schwingungsbedingte Änderung
der Relativlage der Riemenscheiben.
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Vorteilhafterweise
trägt die
Trägereinrichtung eine
Spanneinrichtung zum Spannen des Riemens. Das Einhalten einer vorgegebenen
Riemenspannung ist erforderlich, um das Antriebsdrehmoment zuverlässig übertragen
zu können.
Indem die Spanneinrichtung ebenfalls von der Trägereinrichtung getragen wird,
kann erreicht werden, dass auch die Spanneinrichtung ihre Relativposition
bezüglich
der Antriebs-Riemenscheibe und der Abtriebs-Riemenscheibe nicht ändert.
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Bei
einer alternativen Ausführungsform
der Erfindung ist die Getriebeeinrichtung als ein Zahnradgetriebe
oder ein Schneckengetriebe realisiert. Als Drehmomentübertragungseinrichtung
dient dann die Verzahnung zwischen den Rädern bzw. Schnecken, also z.
B. eine Stirnradverzahnung, eine Kegelradverzahnung oder eine Schneckenverzahnung.
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Vorzugsweise
ist der Antriebsmotor von einem Hauptträger gehalten, wobei zwischen
dem Antriebsmotor und dem Hauptträger eine Schwingungsisoliereinrichtung
angeordnet ist. Als Hauptträger
eignet sich z. B. ein Fahrgestell der Schneidvorrichtung in Form
eines auf Rädern
erfahrbaren Grundrahmens. Die Schwingungsisoliereinrichtung gewährleistet,
dass die von dem Antriebsmotor erzeugte Schwingung nicht bzw. nur
reduziert auf den Hauptträger
und damit auf die Restmaschine übertragen wird.
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Dazu
ist es vorteilhaft, wenn die Schwingungsisoliereinrichtung ein federelastisches
Element, z. B. einen Gummmipuffer, aufweist.
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Bei
einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind
der Antriebsmotor und die das Antriebselement und das Abtriebselement haltende
Trägereinrichtung
steif miteinander verbunden, wobei die Schwingungsisoliereinrichtung
zwischen dem Antriebsmotor mit der Trägereinrichtung einerseits und
dem Hauptträger
andererseits angeordnet ist. Bei dieser Ausführungsform wird demgemäß keine
Relativbewegung zwischen dem Antriebsmotor, dem Antriebselement
und dem Abtriebselement zugelassen. Vielmehr bilden die drei Komponenten
eine in sich steife Antriebseinheit, die durch die Schwingungsisoliereinrichtung
von der Restmaschine (Werkzeughalterung, Schneidwerkzeug, Hauptträger, Handgriffe)
schwingungsmäßig isoliert ist.
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Bei
dieser Ausführungsform
kann es besonders vorteilhaft sein, wenn der Antriebsmotor derart in
die Trägereinrichtung
integriert ist, dass der Antriebsmotor das Antriebselement trägt. In diesem
Fall werden der Antriebsmotor bzw. Komponenten des Antriebsmotors
Bestandteil der steifen Trägereinrichtung,
so dass zusätzliche
Bauelemente vermieden werden können.
Zum Beispiel kann die als Antriebselement dienende Antriebs-Riemenscheibe
direkt auf eine Antriebswelle des Antriebsmotors aufgesetzt werden.
In diesem Fall sind die Antriebswelle, die die Antriebswelle lagernden
Lager und das die Lager aufnehmende Motorgehäuse allesamt Bestandteil der
Trägereinrichtung.
Der Begriff der Trägereinrichtung
ist in diesem Zusammenhang abstrakt bzw. funktionsbezogen zu verstehen
und weniger auf eine konkrete bauliche Realisierung gerichtet.
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Bei
der vorstehend beschriebenen Ausführungsform ist es besonders
zweckmäßig, wenn
die Ausgleichseinrichtung zwischen dem zu der Antriebseinheit gehörenden Abtriebselement
und der Werkzeughalterung angeordnet ist, um die Relativbewegung
der Antriebseinheit gegenüber
der Werkzeughalterung und der Restmaschine auszugleichen.
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Bei
einer anderen Ausführungsform
der Erfindung ist die Trägereinrichtung
mit dem Hauptträger steif
verbunden. In diesem Fall gehört
die Trägereinrichtung
mit dem von ihr getragenen Antriebselement und dem Abtriebselement
zu der "Restmaschine", während der
Antriebsmotor allein für
sich schwingungsisoliert vorgesehen ist. Die Ausgleichseinrichtung
ist dann vorzugsweise zwischen dem Antriebsmotor und dem Antriebselement
angeordnet, um die schwingungsbedingte Relativbewegung des Antriebsmotors
gegenüber
dem mit dem Hauptträger steif,
aber drehbar verbundenen Antriebselement ausgleichen zu können.
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Die
Ausgleichseinrichtung ist vorzugsweise als elastische Kupplung,
insbesondere als Balgkupplung vorgesehen. Ebenso ist es möglich, die
Ausgleichseinrichtung mit Hilfe von Kardangelenken bzw. einer Kardanwelle
zu realisieren. Auch können mehrere
Balgkupplungen, insbesondere rostfreie Metallbalgkupplungen miteinander
axial verbunden werden, wodurch ebenfalls ein Kardaneffekt erreicht wird.
Um eine zuverlässige Übertragung
des Antriebsdrehmoments auf das Werkzeug zu erreichen, ist eine
möglichst
drehsteife Ausführung
der Ausgleichseinrichtung anzustreben.
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Bei
einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind
das Abtriebselement, die Ausgleichseinrichtung und die Werkzeughalterung
im Wesentlichen koaxial zueinander angeordnet. Diese Lösung betrifft
somit insbesondere den Fall, bei dem der Antriebsmotor mit der Trägereinrichtung,
dem Antriebselement und dem Abtriebselement eine steife Antriebseinheit
bilden, so dass die Ausgleichseinrichtung zwischen dem Abtriebselement
und der Werkzeughalterung angeordnet ist. Durch die koaxiale Anordnung
kann die zu dem Abtriebselement gehörige zweite Achse als in die
Ausgleichseinrichtung hineinführende
Achse genutzt werden, deren Relativbewegung gegenüber der
Achse der Werkzeughalterung ausgeglichen wird.
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Vorzugsweise
sind das Abtriebselement und die Werkzeughalterung in einem größtmöglichen
Axialabstand zueinander angeordnet. Dadurch besteht axial viel Platz,
um den erforderlichen Ausgleich des Radialversatzes vornehmen zu
können.
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Die
erfindungsgemäße Anordnung
gewährleistet
eine erhebliche Verminderung der am Handgriff der Schneidvorrichtung
auf den Bediener einwirkenden, durch die Motorschwingungen hervorgerufenen
Beschleunigungswerte.
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Diese
und weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung werden nachfolgend
anhand eines Beispiels unter Zuhilfenahme der Figuren näher erläutert. Es
zeigen:
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1 eine
Perspektivansicht einer erfindungsgemäßen Schneidvorrichtung;
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2 eine
Perspektivansicht eines Hauptträgers
der Schneidvorrichtung von 1;
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3 eine
Antriebseinheit der Schneidvorrichtung von 1; und
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4 eine
Vorderansicht des gesamten Antriebsstrangs bei der Schneidvorrichtung
von 1.
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1 zeigt
in Perspektivansicht einen Fugenschneider als erfindungsgemäße Schneidvorrichtung.
Das eigentliche Schneidwerkzeug, z. B. eine Schneid- oder Trennscheibe,
ist nicht dargestellt.
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Ein
als Fahrgestell bzw. Rahmen dienender Hauptträger 1 ist auf drei
Rollen 2 fahrbar gelagert. Von dem Hauptträger 1 erstreckt
sich ein Rohrrahmen 3, an den sich zwei Handgriffe 4 zur
Bedienung durch einen Bediener anschließen.
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An
dem Rohrrahmen 3 sind Bedienelemente zum Steuern eines
später
noch erläuterten
Antriebsmotors, der Schneidscheibe und zum Einstellen der Schneidtiefe
vorgesehen. Ebenfalls ist an dem Rohrrahmen 3 ein Wasserbehälter 6 befestigt,
in dem Wasser zum Spülen
während
des Schneidens aufbewahrt wird.
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Die
Schneidscheibe (in 1 nicht gezeigt) wird durch
eine an dem Hauptträger 1 befestigte Werkzeugabdeckung 7 abgedeckt.
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Auf
dem Hauptträger 1 ist
eine Antriebseinheit 8 elastisch gehalten. Die Antriebseinheit 8 weist eine
steife Trägereinrichtung 9 auf,
zu der unter anderem eine Grundplatte 10 gehört. Auf
der Grundplatte 10 ist ein Antriebsmotor 11 be festigt.
Als Antriebsmotor 11 eignet sich ein Verbrennungsmotor, nämlich ein
Diesel- oder ein Ottomotor.
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Die
Grundplatte 10 ist auf federelastischen Lagerelementen 12 gelagert.
Die elastischen Lagerelemente 12 dienen zur Schwingungsisolierung
und erlauben eine Relativbewegung der Antriebseinheit 8 mit
dem die Schwingungen erzeugenden Antriebsmotor 11 relativ
zu dem Hauptträger 1,
auf dem die elastischen Lagerelemente 12 angebracht sind.
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Zur
Verdeutlichung ist in 2 eine Perspektivansicht des
Hauptträgers 1 mit
dem Rohrrahmen 3 und den elastischen Lagerelementen 12 gezeigt.
Dadurch, dass die Grundplatte 10 nicht dargestellt ist,
ist gut erkennbar, dass bei dieser Ausführungsform vier elastische
Lagerelemente 12 auf dem Hauptträger 1 befestigt sind.
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3 zeigt
die Antriebseinheit 8 in perspektivischer Teildarstellung
isoliert. 3 wird daher zusammen mit 1 erläutert.
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Auf
einem Ende einer aus dem Antriebsmotor 11 austretenden
Antriebswelle 13 ist eine als Antriebselement dienende
Antriebs-Riemenscheibe 14 aufgesetzt. Dieser mit paralleler
Drehachse zugeordnet ist eine Abtriebs-Riemenschiebe 15 angeordnet, die
an einem Ausleger 16 gelagert ist. Der Ausleger 16 ist
mit der Grundplatte 10 formschlüssig steif verbunden. Zwischen
der Antriebs-Riemenscheibe 14 und der Abtriebs-Riemenscheibe 15 verläuft ein
Antriebsriemen 17, um das Drehmoment des Antriebsmotors 11 auf
die Abtriebs-Riemenscheibe 15 zu übertragen. Der Antriebsriemen 17 kann
mit Hilfe einer nicht dargestellten Spanneinrichtung auf einer gewünschten
Riemenspannung gehalten werden.
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Wie
bereits gesagt, ist die Abtriebs-Riemenscheibe 15 über den
Ausleger 16 an der Grundplatte 10 steif gehalten.
Die Grundplatte 10 wiederum trägt formschlüssig und steif den Antriebsmotor 11,
auf dessen Antriebswelle 13 die Abtriebs-Riemenscheibe 14 aufgesetzt
ist. Somit bilden der Antriebsmotor 11 mit seiner Antriebswelle 13,
die Grundplatte 10 und der Ausleger 16 eine steife
Trägereinrichtung, die
sicherstellt, dass die Relativlage, insbesondere der Achsabstand
zwischen der Antriebs-Riemenscheibe 14 und der Abtriebs-Riemenscheibe 15 im Wesentlichen
konstant gehalten wird. Die Trägereinrichtung
ist derart dimensioniert, dass die vom Antriebsmotor 11 erzeugten
Schwingungen nicht aus reichen, eine merkbare Formänderung
der Trägereinrichtung
und damit eine Veränderung
des Achsabstands zwischen der Antriebs-Riemenscheibe 14 und der
Abtriebs-Riemenscheibe 15 zu erreichen.
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Die
gesamte in 3 gezeigte Antriebseinheit 8 ist
durch die federelastischen Lagerelemente 12 schwingungsmäßig von
dem restlichen Fugenschneider isoliert.
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4 zeigt
in Vorderansicht und in Ergänzung
zu 3 den gesamten Antriebsstrang. Der Aufbau des
Antriebsmotors mit dem aus der Antriebs-Riemenscheibe 14 und
der Abtriebs-Riemenscheibe 15 und dem Antriebsriemen 17 bestehenden Riementrieb
wurde bereits in Zusammenhang mit 3 beschrieben.
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Von
der Abtriebs-Riemenscheibe 15 erstreckt sich ein ebenfalls
an dem Ausleger 16 gelagerter erster Wellenforsatz 18,
der in eine als Ausgleichseinrichtung dienende Kupplung 19 mündet. Die
Kupplung 19 weist einen ersten Metallbalg 20 und
einen zweiten Metallbalg 21 auf, zwischen denen sich eine
Zwischenwelle 22 erstreckt. Stromab von dem zweiten Metallbalg 21 ist
ein zweiter Wellenfortsatz 22 vorgesehen, der in eine Werkzeughalterung 24 mündet. Der
zweite Wellenfortsatz 23 ist in nicht dargestellter Weise
an dem Rahmen 1 bzw. einem nicht dargestellten höhenbeweglichen
Rahmen in bekannter Weise gelagert.
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Von
der Werkzeughalterung 24 wird z. B. eine nicht dargestellte
Schneidscheibe gelagert.
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Wie
oben ausgeführt,
ist die Antriebseinheit 8 relativ zu dem Hauptträger 1 schwingend
elastisch beweglich. Dies führt
dazu, dass auch die Abtriebs-Riemenscheibe 15 ihre
Relativposition gegenüber
dem Hauptträger 1 ändert. Im
Gegensatz dazu ist die Position der Werkzeughalterung 24 aufgrund der
Lagerung des zweiten Wellenfortsatzes 23 gegenüber dem
Hauptträger 1 festgelegt.
Zum Ausgleich der Relativbewegung der Abtriebs-Riemenscheibe 15 gegenüber der
Werkzeughalterung 24 weist die Kupplung 19 die
beiden Metallbalge 20, 21 mit der dazwischen liegenden
Zwischenwelle 22 auf. Nach dem Kardanprinzip ist sichergestellt,
dass das von der Abtriebs-Riemenscheibe 15 kommende Antriebsdrehmoment
drehsteif übertragen
wird, wobei Radialversätze
der Abtriebs-Riemenscheibe 15 ausgeglichen
werden können.
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Anstelle
der die Metallbalge 20, 21 aufweisenden Kupplung 19 kann
auch eine andere Ausgleichseinrichtung, z. B. eine Kardanwelle eingebaut werden.
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Bei
einer anderen, nicht in den Figuren gezeigten Ausführungsform
ist eine als Ausgleichseinrichtung dienende Kupplung zwischen dem
Antriebsmotor 11 und der Antriebs-Riemenscheibe 14 vorgesehen.
In diesem Fall ist lediglich der Antriebsmotor 11 schwingungsmäßig von
der restlichen Maschine entkoppelt, während der aus der Antriebs-Riemenscheibe 14,
der Abtriebs-Riemenscheibe 15 und dem Antriebsriemen 17 bestehende
Riementrieb zusammen mit der Werkzeughalterung 24 formsteif
miteinander verbunden sind. Der Ausgleich der Relativbewegungen
wird dann von der Ausgleichseinrichtung noch vor der Antriebs-Riemenscheibe 14 aufgenommen.
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Bei
dieser Ausführungsform
kann es vorteilhaft sein, wenn die Werkzeughalterung 24 direkt
an der Abtriebs-Riemenscheibe 15 angebracht ist. Es ist jedenfalls
bei dieser Ausführungsform
nicht erforderlich, einen möglichst
großen
Abstand zwischen der Abtriebs-Riemenscheibe 15 und der
Werkzeughalterung 24 zu erreichen, weil dort kein Ausgleich
der Relativlage vorgenommen werden muss.
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Die
letztere Variante hat den Vorteil, das die Anzahl der durch die
Schwingungen belasteten Teile minimiert ist, weil der Riementrieb
bereits schwingungsmäßig von
dem Antriebsmotor 11 getrennt ist. Dadurch werden die Teile
geschont, sowie eine Verminderung der Schallabstrahlung erreicht.
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Anstelle
der beschriebenen Verbrennungsmotoren ist es möglich, die erfindungsgemäße Anordnung
auch bei anderen Antriebsmotoren einzusetzen, insbesondere dann,
wenn diese freie Massenkräfte
entfalten und somit als Schwingungserzeuger wirken.
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Die
Lage der Drehachsen von Motor, Übertragungselementen
und Werkzeug ist beliebig, hier sind jegliche Kombinationen denkbar.