DE102008030695A1 - Vorrichtung zum Übertragen eines Drehmomentes - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Übertragen eines Drehmomentes, umfassend: - eine drehmomentübertragende Welle; - eine Dämpfungseinrichtung zum Dämpfen von Drehschwingungen; - die Dämpfungseinrichtung umfasst eine volumenveränderbare Dämpfungskammer, die mit einem fließfähigen Medium füllbar ist und eine Dämpfungsöffnung zum Austreiben des fließfähigen Mediums aus der Dämpfungskammer aufweist; - die Dämpfungskammer ist eine Ringkammer, die die Welle vollständig umschließt, oder eine Teilringkammer, die nur einen Teil des Wellenumfanges umgibt.

Description

• Wellen, auch Gelenkwellen, insbesondere mit Längenausgleich, sind in verschiedenen Ausführungen bekannt. Sie finden insbesondere in Kraftfahrzeugen wie Offroad-Fahrzeugen, Arbeits- und Baumaschinen Einsatz, insbesondere dann, wenn es um die Übertragung von Drehmomenten bei nicht zueinander fluchtenden Drehachsen oder sich gegeneinander bewegenden Teilen geht. Erfindungsgemäße Vorrichtungen wie Wellen, insbesondere mit Längenausgleich und Gelenkwellen werden jedoch auch in stationären Industrieanlagen sowie im Maschinen- und Anlagenbau eingesetzt. Derartige Vorrichtungen werden insbesondere dann eingesetzt, wenn verhältnismäßig sehr große Leistungen übertragen werden müssen und flexible Kupplungen nicht mehr ausreichen. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn aufgrund der Drehmomentübertragung im Betrieb die Welle häufigen Lastwechseln, einer plötzlichen Rücknahe der Antriebsleistung, dem Auskuppeln oder sonstiger schlagartigen Belastungen, welche in den Antriebsstrang eingeleitet werden, ausgesetzt ist.
• Derartige Lastwechsel sind insbesondere im Dauerbetrieb für Wellen, längenveränderbare Wellen und Gelenkwellen besonders nachteilig, da diese herkömmlich über keine oder wenig geeignete Mittel zur Dämpfung verfügen, was letztendlich zur Materialermüdung und Totalausfall der Welle beziehungsweise des damit gekoppelten Antriebsstranges führen kann. In Industrieanlagen können die häufigen Lastwechsel insbesondere zur Beschädigung von an die Welle angeschlossenen Aggregaten führen.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Drehmomentübertragung anzugeben, welche die Nachteile des Standes der Technik vermeidet. Insbesondere soll eine einfache, kostengünstige und effektivere Dämpfung von Drehmomentspitzen angegeben werden. Die Vorrichtung soll geringstmöglichen radialen Raum beanspruchen.
• Diese Aufgabe wird durch die Merkmale von Anspruch 1 gelöst. Die Unteransprüche geben vorteilhafte Ausführungen der Erfindung an.
• Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Übertragen eines Drehmomentes umfasst eine drehmomentübertragende Welle, eine Dämpfungseinrichtung zum Dämpfen von Drehschwingungen, wobei die Dämpfungseinrichtung eine Dämpfungskammer umfasst, die mit einem fließfähigen Medium befüllbar ist und eine Dämpfungsöffnung zum Austreten des fließfähigen Mediums aufweist. Weiterhin ist die Dämpfungskammer in Form einer Ringkammer, die die Welle vollständig umschließt oder einer Teilringkammer, die nur einen Teil des Wellenumfangs umgibt, ausgebildet.
• Die Erfindung ist anhand der Zeichnung näher erläutert. Darin ist im Einzelnen Folgendes dargestellt:
• 1 zeigt eine erste Ausführungsform einer Vorrichtung zum Übertragen eines Drehmomentes, umfassend eine Gelenkwelleneinrichtung.
• 2 zeigt eine zweite Ausführungsform, wiederum mit einer Gelenkwelleneinrichtung.
• 3 zeigt eine dritte Ausführungsform, wiederum mit einer Gelenkwelleneinrichtung.
• 4 zeigt eine vierte Ausführungsform, wiederum mit einer Gelenkwelleneinrichtung.
• 5 zeigt einen achssenkrechten Schnitt durch eine Dämpfungskammer.
• 6 zeigt wiederum einen achssenkrechten Schnitt durch eine Dämpfungskammer.
• 7 zeigt wiederum einen achssenkrechten Schnitt durch eine Dämpfungskammer.
• 8 zeigt eine Spiralfeder als Rückholeinrichtung.
• 9 zeigt einen achssenkrechten Schnitt durch eine Dämpfungskammer unter Verwendung von Magneten.
• Die 1 bis 4 zeigen erfindungsgemäße Vorrichtungen mit drehmomentübertragenden Wellen in Form von Gelenkwellen- oder Kardanwelleneinrichtungen. Dabei umfasst jede Gelenkwelleneinrichtung ein inneres Wellenteil 1.1 und ein äußeres Wellenteil 1.2. Die beiden sind teleskopartig verschiebbar, so dass eine Längenänderung der gesamten Einrichtung möglich ist.
• Am Ende des inneren Wellenteils 1.1 befindet sich ein Kreuzgelenk 2, und am Ende des äußeren Wellenteils 1.2 befindet sich ein Kreuzgelenk 3.
• Bei der Ausführungsform gemäß 1 ist das in der Darstellung linke Ende des inneren Wellenteils 1.1 von einer Dämpfungskammer 3.1 umschlossen. Die Dämpfungskammer ist als Vollring ausgebildet. Sie umschließt somit das innere Wellenteil 1.1 auf ihrem gesamten Umfang.
• Man erkennt ferner einen mechanischen Anschlag 4.1, 4.2. Die Nocken sind jeweils paarweise angeordnet. Es können somit mehr als zwei Nocken vorgesehen sein. Dabei ist jeweils ein Nocken eines Nockenpaares drehfest mit dem inneren Wellenteil 1.1, und der andere Nocken eines Nockenpaares mit dem äußeren Wellenteil 1.2 drehfest verbunden.
• Man erkennt ferner eine Einschnürung 5.1 des inneren Wellenteils 1.1. Die Einschnürung 5.1 dient als Drehstabfeder oder als Torsionsstab. Sie erlaubt nämlich ein relativ starkes Verdrehen des inneren Wellenteils 1.1 um ihre eigene Längsachse.
• Bei der Ausführungsform gemäß 2 befindet sich die Dämpfungskammer 3.2 wiederum zwischen dem inneren und dem äußeren Wellenteil 1.1 und 1.2. Im Unterschied zu der Ausführungsform gemäß 1 ist das äußere Ende des inneren Wellenteils 1.1 derart gestaltet und angeordnet, dass dies zusammen mit dem äußeren Wellenteil 1.2 einen Schiebesitz bildet.
• Bei der Ausführungsform gemäß 3 befindet sich die Dämpfungskammer 3.3 innerhalb des inneren Wellenteiles 1.1. Zumindest dessen Ende ist demgemäß hohl.
• Auch hier ist wiederum aus den beiden Wellenteilen ein Schiebesitz oder Gleitsitz gebildet.
• Bei der Ausführungsform gemäß 4 befindet sich die Dämpfungskammer 3.4 wiederum zwischen dem inneren und dem äußeren Wellenteil 1.1 und 1.2. Das freie Ende des inneren Wellenteiles 1.1 bildet hierbei mit dem äußeren Wellenteil 1.2 einen Schiebesitz.
• 5 zeigt den Aufbau einer Dämpfungskammer. Die Dämpfungskammer ist als Vollringkammer ausgebildet. Sie umschließt ein Wellenteil, zum Beispiel Wellenteil 1.1, auf dessen gesamtem Umfang. Die Dämpfungskammer ist unterteilt in vier Einzelkammern 3a, 3b, 3c, 3d. Die Einzelkammern sind durch Wände 4a, 4b, 4c und 4d unterteilt.
• Dabei ist jeweils ein Paar einer Wand drehfest mit dem inneren Wellenteil 1.1, und ein anderes Paar von Wänden mit dem äußeren Wellenteil 12 drehfest verbunden.
• Man beachte die Dichtspalte 6a, 6b, 6c, 6d.
• Die Dämpfungskammern arbeiten wie folgt:
  Im Laufe des Betriebes kommt es zu periodischen Drehschwingungen. Dies bedeutet, dass die beiden Wellenteile, somit Wellenteil 1.1 und Wellenteil 1.2, eine relative Drehbewegung zueinander ausführen. Dabei werden die vier Einzelkammern 3a, 3b, 3c, 3d im Volumen verändert. Dabei werden jeweils die Volumina zweier einander gegenüberliegender Einzelkammern verkleinert, beziehungsweise vergrößert. Wird das Volumen einer Einzelkammer verkleinert, so wird in den Einzelkammern enthaltenes fließfähiges Medium durch die Dichtspalte 6a bis 6d verdrängt. Hierbei tritt ein Widerstand auf, der den Verdreh-Ausschlag minimiert. Darauf beruht die Dämpfwirkung.
• Bei der Ausführungsform gemäß 6 sind zwei Schutzvorrichtungen 7.1, 7.2 vorgesehen. Diese bestehen aus Kunststoff oder einem anderen Material, das eine Metall-Metall-Berührung verhindert.
• Die Ausführungsform gemäß 7 veranschaulicht eine besondere Ausführungsform. Man erkennt zwei Dämpfungskammern 3.7, 3.7. Diese weisen als Trennwände zwischen Teilkammern 3.7 Blattfedern 4.7, 4.7 auf. Die Blattfedern erzeugen nicht nur eine hydraulische Dämpfung, so wie die Dämpfungskammern gemäß der 5 und 6, sondern auch eine mechanisch- elastische Dämpfung. Das eine Ende der Feder ist an dem inneren Wellenteil 1.1, und das andere am äußeren Wellenteil 1.2 fixiert.
• In 8 ist eine Spiralfeder gezeigt, vorliegend zum Beispiel als Planspiralfeder ausgeführt, welche eine Rückstellkraft liefert, die die Dämpfungseinrichtung insbesondere nach dem Auftreten von Drehschwingungen zurückstellt. Die Spiralfeder kann zusätzlich oder alternativ zu der als Torsionsfeder wirkenden Welle (siehe Einschnürung 5.1 in den obigen Figuren) vorgesehen sein. Hier ist das eine Ende der Feder an dem inneren Wellenteil 1.1 und das andere Ende am äußeren Wellenteil 1.2 fixiert.
• Eine besonders interessante Ausführungsform ist in 9 gezeigt. Dabei sind die Wände 4.9, 4.9, welche jeweils paarweise eine Einzelkammer 3.9 in Umfangsrichtung begrenzen, aus Magneten ausgeführt. Man beachte die Polangaben. Die Einzelkammer ist begrenzt durch gleichsinnige Magnete, die sich abstoßen, und die somit die Tendenz haben, einer Verdrehung der beiden Teilwellen 1.1 und 1.2 relativ zueinander entgegenzuwirken.

1.1

innerer Wellenteil

1.2

äußerer Wellenteil

2, 3

Kreuzgelenk

3a–3d

Einzelkammer

3.1–3.7

Dämpfungskammer

3.9

Einzelkammer

4a–4d

Wand

4.1, 4.2

mechanischer Anschlag

4.9, 4.7

Wand

5.1

Einschnürung

6a–6d

Dichtspalt

7.1, 7.2

Schutzvorrichtung

Claims (9)

1. Vorrichtung zum Übertragen eines Drehmomentes, umfassend: 1.1 eine drehmomentübertragende Welle; 1.2 eine Dämpfungseinrichtung zum Dämpfen von Drehschwingungen; 1.3 die Dämpfungseinrichtung umfasst eine volumenveränderbare Dämpfungskammer (3), die mit einem fließfähigen Medium füllbar ist und eine Dämpfungsöffnung (6) zum Austreiben des fließfähigen Mediums aus der Dämpfungskammer (3) aufweist; 1.4 die Dämpfungskammer (3) ist eine Ringkammer, die die Welle vollständig umschließt, oder eine Teilringkammer, die nur einen Teil des Wellenumfanges umgibt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Rückholeinrichtung zum Rückholen von durch Torsion ausgelenkten Teilen in ihre unverdrehte Position vorgesehen ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringkammer (3) beziehungsweise die Teilringkammer die Welle unmittelbar umschließt.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Außendurchmesser der Ringkammer maximal das 1-, 2-, 3-, 4-, 5-, 6-, 7-, 8-, 9-, 10-fache der Welle umfasst.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringkammer beziehungsweise die Teilringkammer in Umfangsrichtung begrenzt ist durch zwei Wände (4, 4), deren eine mit der Welle, und deren andere mit der Umgebung drehfest verbunden ist.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle teleskopartig aufgebaut ist, mit einem inneren Wellenteil (1.1) und einem äußeren Wellenteil (1.2).
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die eine Wand mit dem inneren, und die andere Wand mit dem äußeren Wellenteil drehfest verbunden ist.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Wände aus Blattfedern bestehen.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Wände aus Magneten gebildet sind, und dass jeweils eine Teilkammer zwei gleichsinnig gepolte Magnete aufweist.