-
Die Erfindung betrifft eine Dämpfungseinheit (auch Drehmomentstabilisator) zur Verbindung mit einer Arbeitsmaschine (z. B. Motor, Elektromotor, Verbrennungsmotor) und/oder zur Verbindung mit einer angetriebenen Einrichtung (Verbraucher) zum Ausgleich und/oder zur Zwischenspeicherung von Drehmomentänderungen, die von der Arbeitsmaschine und/oder der angetriebenen Einrichtung ausgehen oder auf diese wirken. Vorzugsweise werden die Antriebseite und/oder die Abtriebsseite der Dämpfungseinheit mit einer Welle verbunden (z. B. Kurbelwelle, Abtriebswelle oder Antriebswelle).
-
Bei Schrotmühlen oder Schreddern treten im Mahlwerk häufig Schläge auf, wenn sich besonders große oder harte Stücke des Mahlguts zwischen Schredderwalze und Gehäuse einklemmen und diese erst mit großem Trägheits- bzw. Drehmoment zerkleinert werden können. Diese Schläge treten im Antriebsstrang als Drehmomentspitzen auf und breiten sich bis zur Arbeitsmaschine, meist ein Elektromotor, aus. Oft ist noch ein Getriebe zwischen Motor und Schredderwalze zwischengeschaltet. Diese Drehmomentspitzen (Vibrationen) verursachen starke Drehmomentwechsel in den nachgeschalteten An-/Abtriebskomponenten (Getriebe, Welle, Differential etc.) und erhöhen dadurch den Verschleiß bzw. bewirken Effizienzverluste. Meist erfordern die erheblichen mechanischen Belastungen eine stärkere mechanische Auslegung des gesamten Antriebsstrangs. Ein zeitlich vergleichmäßigtes Drehmoment wäre wünschenswert. Auch bei Verbrennungsmotoren mit geringer Zylinderzahl treten während einer Umdrehung und/oder bei Lastwechsel erhebliche Drehmomentänderungen auf.
-
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Dämpfungseinheit und eine Kombination derselben mit einer Arbeitsmaschine oder einer angetriebenen Einrichtung vorzusehen, mit der Drehmomentwechsel und -spitzen einfach gedämpft werden können.
-
Die Erfindung ist in Anspruch 1 bzw. 10 angegeben. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand von Unteransprüchen.
-
Gemäß Anspruch 1 ist eine Dämpfungseinheit für einen Motor, eine Arbeitsmaschine, ein Getriebe oder eine angetriebene Einrichtung. Die Dämpfungseinheit ist dazu ausgelegt, mit einem drehenden oder umlaufenden Element (z. B. Welle, Zahnrad, Keil- o. Zahnriemen, Kette) verbunden zu werden, wobei das drehende oder umlaufende Element Teil einer Arbeitsmaschine (z. B. Motor, Elektromotor, Verbrennungsmotor, Rotor, Turbinen- oder Schaufelrad), eines Getriebes oder einer angetriebenen Einrichtung (z. B. Rad, Radnabe, Drehmoment-Verbraucher, Turbinenrad) ist. Die Dämpfungseinheit kann als Einheit oder Modul in die Arbeitsmaschine, das Getriebe oder die angetriebene Einrichtung integriert sein, so dass z. B. die Funktion 'Dämpfungseinheit' in dieses Teil integriert ist.
-
Die Dämpfungseinheit weist auf:
- – Ein erstes Wellenelement, das ausgelegt ist zur Verbindung mit einem rotierenden oder umlaufenden Antriebs- und/oder Abtriebselement (das rotierende oder umlaufende Element – s. o.). Vorzugsweise ist das Antriebs- und/oder das Abtriebselement eine Antriebs- und/oder Abtriebswelle.
- – Ein zweites Wellenelement, das ausgebildet ist, das erste Wellenelement zumindest teilweise aufzunehmen und das erste Wellenelement drehbar zu Lager. Das zweite Wellenelement ist vorzugsweise ebenso dazu ausgelegt, mit einem rotierenden oder umlaufenden Antriebs- und/oder Abtriebselement verbunden zu werden – s. o. Vorzugsweise sind die Rotationsachsen des ersten und zweiten Wellenelements parallel und weiter bevorzugt koaxial, also deckungsgleich, zueinander.
- – Ein Schiebeelement, welches auch als Schlitten oder Trägheitskörper bezeichnet werden kann. Vorzugsweise ist die axiale Verschiebung des Schiebeelements in Richtung des ersten und/oder zweiten Wellenelements.
- – Eine Drehmomentwandlereinrichtung zum Umwandeln einer Drehmomentänderung des ersten und/oder zweiten Wellenelements in eine axiale Verschiebung des Schiebeelements. Vorzugsweise ist das Schiebeelement Teil der Drehmomentwandlereinrichtung. Vorzugsweise ist die Drehmomentwandlereinrichtung kein 'eigenständiges' Bauteil der Dämpfungseinheit, sondern die Funktion 'Drehmomentwandlereinrichtung' wird durch entsprechende Ausgestaltung der anderen Elemente und deren Zusammenwirken bereitgestellt. Beispielsweise wirken das erste und/oder zweite Wellenelement und das Schiebeelement zusammen, um die Drehmomentwandlereinrichtung vorzusehen.
- – Eine erste und/oder zweite Rückstelleinrichtung zum axialen Rückstellen des Schiebeelements in eine Ruhestellung nach axialer Auslenkung aus der Ruhestellung. Vorzugsweise weist bzw. ist die Rückstelleinrichtung zumindest ein elastisches Element (z. B. Feder, Tellerfeder, Blattfeder, Spiralfeder, Elastomer). Wenn bei Auftreten einer Drehmomentänderung (Zunahme und/oder Abnahme des Drehmoments) durch das Wirken der Drehmomentwandlereinrichtung das Schiebeelement axial ausgelenkt wird, wirkt einerseits durch die erste und/oder zweite Rückstelleinrichtung der axialen Verschiebung die Rückstellkraft entgegen (was bei einem elastischen Element die Spannung zur Rückstellung aufbaut) und andererseits wirkt die Rückstelleinrichtung dahin, dass bei Auslenkung des Schiebeelements aus der Ruhestellung und bei Rückgang der Drehmomentänderung beziehungsweise Aufhebung der Drehmomentänderung das Schiebeelement in die Ruhestellung zurückgeführt wird. Die Rückstelleinrichtung kann einfachwirkend sein (von der Ruhestellung wird nur in eine Richtung ausgelenkt), so dass nur eine Drehmomentzunahme in eine Drehrichtung (und korrespondierend eine Drehmomentverringerung vom anderen Wellenelement her kommend) gedämpft wird. In diesem Fall kommt eine Rückstelleinrichtung zum Einsatz, bei dem vorzugsweise in der Ruhestellung auch ein axialer Anschlag zum Festlegen der Ruhestellung vorgesehen ist. Die Rückstelleinrichtung (erste und zweite Rückstelleinrichtung) kann auch doppelwirkend sein, so dass über eine der Wellenelemente eingetragene Drehmomentzunahmen als auch Drehmomentabnahmen gedämpft werden. Vorzugsweise stellt sich die Ruhestellung des Schiebeelements dann als Gleichgewichtszustand durch die entgegengesetzte Einwirkung der Rückstelleinrichtungen auf das Schiebeelement ein.
-
Die Dämpfungseinheit ist besonders geeignet zur Dämpfung von Drehmomentspitzen, also sehr kurzzeitigen Drehmomentschwankungen (Drehmoment-'Vibrationen' bzw. 'Schläge'), wie sie beispielsweise während der Arbeitstakte eines Verbrennungsmotors (als Beispiel Arbeitsmaschine) oder bei Betrieb eines Schredders (als Beispiel einer angetriebenen Einrichtung) auftreten können. Je nach Auslegung der Dämpfungseinheit kommt zur Dämpfungsfunktion noch ein Beitrag von Drehmomentspeicherung, wobei bei einer Drehmomentänderung durch die elastische Wirkung des/der Rückstelleinrichtung(en) die axiale Verschiebung des Schiebeelements umgekehrt wird, wodurch zwischengespeicherte Drehmomentleistung zum ersten und/oder zweiten Wellenelement zurückgeführt wird. Vorzugsweise steht jedoch die Dämpfungsfunktion im Vordergrund.
-
Das Schiebeelement wirkt als Übertragungselement bzw. Getriebeelement zwischen dem ersten und zweiten Wellenelement, wobei es Drehmomente zwischen beiden überträgt.
-
Durch die Wirkung der Dämpfungseinheit erfolgt die Übertragung nicht 1:1, sondern im Falle von Drehmomentänderungen bzw. -spitzen in gedämpfter Form. Die Drehmomentkopplung zwischen erstem und zweitem Wellenelement mittels des Schiebeelements kann in verschiedenen Konfigurationen erfolgen. Ausgestaltungen sind wie folgt beschrieben:
- a) Das Schiebeelement steht mit dem zweiten Wellenelement in Eingriff, so dass das Schiebeelement und das zweite Wellenelement drehstarr miteinander verbunden sind. 'Drehstarr' bedeutet, dass eine Drehung des Schiebeelements unmittelbar (mit geringer Toleranz) in eine Drehung des ersten Wellenelements umgesetzt wird und umgekehrt. Sind das Schiebeelement und das erste Wellenelement koaxial angeordnet, drehen beide sich mit gleicher Geschwindigkeit (und vorzugweise gleiche Richtung). Das Schiebeelement ist am oder relativ zum ersten Wellenelement in axiale Richtung verschiebbar gelagert. Das erste Wellenelement ist entlang der Drehachse oder ist auf dem ersten Wellenelement axial verschiebbar. Wie oben erwähnt, bewirkt die Drehmomentwandlereinrichtung die axiale Verschiebung. 'Axiale' Verschiebung schließt hier mit ein, dass während der Verschiebung erstes Wellenelement und Schiebeelement relativ zueinander verdreht werden. Beispielsweise wenn Schiebeelement und erstes Wellenelement über eine Schrägverzahnung oder ein Schneckenprofil (Schneckenverzahnung) miteinander verbunden bzw. gekoppelt sind. Vorzugsweise ist der drehstarre Eingriff zwischen erstem (oder zweitem – s. u.) Wellenelement derart, dass bei einer axialen Verschiebung des Schiebeelements der Eingriff ebenfalls eine axiale Verschiebung des Schiebeelements relativ zum ersten (zweiten) Wellenelement ermöglicht, ohne jedoch die Drehkopplung bzw. -synchronisation aufzuheben. Die axiale Verschiebung ändert nicht die relative Winkelbeziehung – im Unterschied zur folgenden dritten Variante.
- b) In Wirkungsumkehr von a) steht das Schiebeelement mit dem ersten Wellenelement in Eingriff, so dass das Schiebeelement und das erste Wellenelement drehstarr miteinander verbunden sind, und das Schiebeelement am bzw. im zweiten Wellenelement in axiale Richtung verschiebbar gelagert ist. Das oben zu a) Gesagte gilt entsprechend. Das 'am' oder 'auf dem Wellenelement gelagert und/oder verschiebbar sein ist hier (auch) als 'in' zu verstehen.
- c) Bei dieser dritten Variante ist zwischen dem Schiebelement und dem ersten Wellenelement ein erstes Schneckengewinde ausgebildet und zwischen dem Schiebeelement und dem zweiten Wellenelement ein zweites Schneckengewinde ausgebildet. Beide Schneckengewinde sind Teil der Drehmomentwandlereinrichtung. Die Schneckengewinde können auch als Schrägverzahnung bezeichnet werden bzw. schließen diese ein. Durch die zwei Schneckengewinde ändert sich bei einer axialen Verschiebung des Schiebeelements auch die relative Winkelposition von Schiebeelement zu dem ersten und zweiten Wellenelement. Die Verschiebung des Schiebeelements baut (in Zusammenwirkung mit dem/den Rückstellelement(en)) eine Drehmomentänderung zu beiden Wellenelementen auf oder ab. Die Steigungen der beiden Schneckengewinde kann gleichsinnig sein, so dass sich die Wirkungen des Drehmomentabbaus durch die Verschiebung des Schiebeelement ergänzen (summieren) oder die Steigungen der Schneckengewinde sind gegenläufig, so dass der Drehmomentabbau nur die Differenz ist. Dadurch kann nicht nur durch die Steigung der Schneckengewinde die Dämpfung ausgelegt werden, sondern auch durch die gleich- oder gegen-Ausrichtung der Gewindesteigungen.
-
Für die Varianten a) und b) ist oder weist die Drehmomentwandlereinrichtung vorteilhaft ein Schneckengewinde auf. Wie oben erwähnt, schließt das (erste und/oder zweite) Schneckengewinde auch eine 'Schrägverzahnung' ein. Bei den Varianten a), b) und c) kann die Drehmomentwandlereinrichtung ein (oder zwei – Variante c)) Kugelgewindetriebe aufweisen ('Schneckengewinde' schließt hierin auch ein Kugelumlaufgetriebe mit ein).
-
In Ausgestaltung der Dämpfungseinheit (im Folgenden wird auf alle drei Versionen Bezug genommen soweit nicht anders erwähnt) weist die Drehmomentwandlereinrichtung ein mit dem Schneckengewinde zusammenwirkendes Gegenelement und/oder ein in das Schneckengewinde eingreifendes Mitnehmerelement auf. Vorteilhaft weist das Schiebeelement das Schneckengewinde und das erste oder zweite Wellenelement das Mitnehmerelement auf, oder das Schiebeelement weist das Mitnehmerelement auf und das erste oder zweite Wellenelement weist das Schneckengewinde auf. Die Schnecken- oder Schrägverzahnung kann somit am Schiebeelement oder am ersten/zweiten Wellenelement ausgebildet sein. In Ausgestaltung kann das Mitnehmerelement auch eine gepaarte Schnecken- oder Schrägverzahnung sein. Es können aber als Mitnehmerelement auch Kugeln (Kugelumlaufspindel) oder dergleichen zum Einsatz kommen.
-
In einer Ausgestaltung ist das erste Schneckengewinde am ersten Wellenelement angeordnet und ein damit zusammenwirkendes erstes Gegen- oder Mitnehmerelement ist an der Drehmomentwandlereinrichtung angeordnet oder das erste Schneckengewinde ist an der Drehmomentwandlereinrichtung angeordnet und ein damit zusammenwirkendes erstes Gegen- oder Mitnehmerelement ist am ersten Wellenelement angeordnet. Alternativ oder zusätzlich ist das zweite Schneckengewinde am zweiten Wellenelement angeordnet und ein damit zusammenwirkendes zweites Gegen- oder Mitnehmerelement ist an der Drehmomentwandlereinrichtung angeordnet oder das zweite Schneckengewinde ist an der Drehmomentwandlereinrichtung angeordnet und ein damit zusammenwirkendes zweites Gegen- oder Mitnehmerelement ist am zweiten Wellenelement angeordnet.
-
Vorteilhaft ist die Drehmomentwandlereinrichtung zumindest teilweise am ersten oder zweiten Wellenelement und/oder am Schiebeelement ausgebildet oder mit diesem starr verbunden.
-
In Ausgestaltung ist/sind die Drehmomentwandlereinrichtung und/oder die Rückstelleinrichtung einfachwirkend oder doppelwirkend. Vorteilhaft ist die Drehmomentwandlereinrichtung dazu ausgelegt, positive und/oder negative Drehmomentspitzen in eine entsprechende axiale Vor- und/oder Rückbewegung des Schiebeelements bezüglich des ersten oder zweiten Wellenelements umzusetzen.
-
Vorteilhaft ist das zweite Wellenelement als Gehäuse zur zumindest teilweisen Aufnahme des ersten Wellenelements ausgebildet und/oder zur Aufnahme des Schiebeelements ausgebildet. Vorzugsweise ist dabei das Schiebeelement koaxial zur Welle verschiebbar gelagert.
-
In Ausgestaltung ist zwischen dem ersten und dem zweiten Wellenelement ein Deckelelement angeordnet, das ein Volumen zwischen dem ersten und zweiten Wellenelement abschließt. Vorteilhaft ist/sind innerhalb des Volumens die Drehmomentwandlereinrichtung und/oder das Schiebeelement und/oder zumindest ein Teil des ersten Wellenelements eingeschlossen bzw. angeordnet.
-
In Ausgestaltung ist der drehstarre Eingriff des Schiebeelements an dem ersten oder zweiten Wellenelement derart ausgebildet, dass unter Beibehaltung des Eingriffs das Schiebeelement axial relativ zum ersten oder zweiten Wellenelement verschiebbar ist.
-
In Ausgestaltung ist, bezogen auf die axiale Lage, das Schiebeelement auf dem ersten Wellenelement und/oder im zweiten Wellenelement angeordnet.
-
In Ausgestaltung bleibt bei einer axialen Verschiebung des Schiebeelements die axiale Lage zwischen dem ersten und zweiten Wellenelement unverändert.
-
In Ausgestaltung sind das erste und zweite Wellenelement in axiale Richtung starr gekoppelt, so dass im Betrieb keine axiale Verschiebung zwischen erstem und zweitem Wellenelement ermöglicht ist. Dies wird beispielsweise durch ein oder mehrere der folgenden erreicht: ein Anschlagselement, ein Sicherungselement, ein axial festlegendes Lager, ein Sprengring.
-
In Ausgestaltung ist zwischen dem ersten und dem zweiten Wellenelement eine erste Lagereinrichtung angeordnet.
-
In Ausgestaltung ist zwischen einem oder dem Deckelelement und dem ersten oder zweiten Wellenelement eine zweite Lagereinrichtung angeordnet In Ausgestaltung sind die Antriebsseite und die Abtriebsseite auf der gleichen Seite der Dämpfungseinheit angeordnet oder auf gegenüberliegenden Seiten der Dämpfungseinheit angeordnet.
-
In Ausgestaltung ist das zwischen erstem und zweitem Wellenelement gebildete Volumen mit einem Dämpfungsmedium gefüllt.
-
In Ausgestaltung ist die Drehmomentwandlereinrichtung so ausgebildet und das Schiebeelement ist in der Dämpfungseinheit so gelagert, dass zwischen dem ersten und zweiten Wellenelement eine Relativdrehung von zumindest 30°, 45°, 90° oder 180° ermöglicht ist.
-
Die oben und unten beschriebene Dämpfungseinheit kommt vorteilhaft in Kombination mit einem Motor, einem Getriebe, einer Arbeitsmaschine oder einer mittels Welle angetriebenen Einrichtung (Verbraucher von Drehmomentantrieb) zum Einsatz.
-
Die oben und unten offenbarten Elemente und Funktionseinheiten der Dämpfungseinheit(en) können einzeln oder in beliebiger Unterkombination miteinander kombiniert werden.
-
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand von Figuren erläutert. Es zeigen:
-
1 eine Querschnittsansicht längs der Drehachse einer ersten Dämpfungseinheit, bei der die Antriebsseite und die Abtriebsseite auf der gleichen Seite angeordnet sind ('Offline'-Dämpfungseinheit),
-
2a die Dämpfungseinheit von 1 im Querschnitt mit perspektivischer Darstellung und Blickrichtung von rechts,
-
2b die Dämpfungseinheit von 1 im Querschnitt mit perspektivischer Darstellung und Blickrichtung von links oben,
-
3 die perspektivische Ansicht von der Vorder- und Rückseite eines an der Abtriebsseite angeordneten, beispielhaften angetriebenen Elements,
-
4 eine Querschnittsansicht einer weiteren Ausführungsform der Dämpfungseinheit, bei der die Abtriebs- und Antriebsseite auf gegenüberliegenden Seiten angeordnet sind ('Inline'-Dämpfungseinheit),
-
5 die Dämpfungseinheit von 4 in perspektivischer Querschnittsansicht,
-
6 die perspektivische Ansicht eines Dichtrings der Dämpfungseinheiten von 1 und 4,
-
7 eine perspektivische Vorder- und Rückansicht eines Deckels der Dämpfungseinheiten von 1 und 4,
-
8 eine perspektivische Ansicht eines Schlittens der Dämpfungseinheit von 1 und 4,
-
9 eine perspektivische Ansicht eines ersten Wellenelements der Dämpfungseinheit von 1 und 4,
-
10 eine perspektivische Vorder- und Rückseiten Ansicht eines zweiten Wellenelements der Dämpfungseinheit von 4,
-
11 beispielhafte Antriebssysteme in die die Dämpfungseinheit eingebunden ist, und
-
12 eine Schnittansicht längs der Drehachse einer weiteren Ausführungsform der Dämpfungseinheit.
-
1 zeigt in Querschnittsansicht längs der Drehachse D eine Dämpfungseinheit 100 gemäß einer ersten Ausführungsform. Bei der Ausführungsform ist die Antriebsseite A repräsentiert durch eine Abtriebswelle 1 bzw. einen Abtriebsanschluss, die bzw. der mit einem ersten Wellenelement 2 verbunden ist. Die Abtriebsseite B bzw. ein Abtriebsanschluss in Form eines Zahnrads 9 ist mit einem zweiten Wellenelement 7 der Dämpfungseinheit 100 verbunden. Wie später ersichtlich wird, wirkt die Dämpfungseinheit 100 in dieser Ausgestaltung symmetrisch, so dass Antriebsseite A und Abtriebsseite B miteinander vertauschbar sind. Bei der Ausführung der Dämpfungseinheit 100 von 1 sind die Antriebsseite A und die Abtriebsseite B auf der gleichen Seite bezüglich der Dämpfungseinheit 100 angeordnet. Im Vorgriff wird auf eine zweite Ausführungsform einer Dämpfungseinheit 100' (wie in 4 gezeigt) verwiesen, bei der die Antriebsseite A und die Abtriebsseite B auf gegenüberliegenden Seiten der Dämpfungseinheit 100' angeordnet sind.
-
Die 2a und 2b zeigen die Dämpfungseinheit 100 in perspektivischer Querschnittsansicht. Die Abtriebswelle 1 ist die Abtriebsseite beispielsweise eines Elektro- oder Verbrennungsmotors oder einer sonstigen Antriebseinrichtung, die über die Abtriebswelle 1 ein Drehmoment auf das erste Wellenelement 2 überträgt. Anstelle der Abtriebswelle 1 kann jedoch jedes beliebige drehende Teil angeschlossen sein, beispielsweise ein Flügelrad, ein Zahnrad, ein Laufrad, ein Kettenrad, eine Keilriemenscheibe, eine Kurbelwelle eines Motors, eine Turbinenwelle oder -lager, oder dergleichen. Die Abtriebswelle 1 ist starr mit dem ersten Wellenelement 2 gekoppelt. Beispielsweise sind die Abtriebswelle 1 und das erste Wellenelement über ein Feingewinde 38 (2a) miteinander verschraubt, wobei am ersten Wellenelement 2 ein Sechskant 36 vorgesehen ist, mit dem das erste Wellenelement 2 fest mit der Abtriebswelle 1 verschraubt wird. Anstelle des Sechskants und/oder des Feingewindes 38 können beliebige Verbindungseinrichtungen eingesetzt sein, beispielsweise ein Wellen-/Nabenprofil, ein Innen- oder Außensechskant, Polygone oder sonstige Verbindungseinrichtungen die eine drehstarre Verbindung zwischen der Abtriebswelle 1 und dem ersten Wellenelement 2 herstellen. Vorzugsweise ist diese Verbindung auch axial starr, so dass sich Abtriebswelle 1 und erstes Wellenelement 2 in axiale Richtung (das heißt in Drehrichtung) nicht zueinander verschieben lassen. Wie bereits erwähnt, steht die Abtriebswelle 1 als Beispiel für einen beliebigen Abtriebsanschluss bzw. Antriebsanschluss eines drehenden Teils.
-
Das erste Wellenelement 2 ist in ein zweites Wellenelement 7 teilweise hineingeführt, wobei das zweite Wellenelement 7 ein Gehäuse 7a ausbildet zur Aufnahme zumindest eines Teils des ersten Wellenelements 2. Im Vorgriff auf eine weitere Ausgestaltung (11) kann in Ausgestaltung das Gehäuse 7a einteilig mit dem zweiten Wellenelement 7 ausgebildet sein oder ein separates Element sein, das durch eine Verbindungseinrichtung fest mit dem zweiten Wellenelement 7 verbunden ist.
-
An dem innerhalb des Gehäuses 7a gelegenen Abschnitt des ersten Wellenelements 2 ist ein Schneckenprofil 10 ausgebildet. Durch Rotation eines Schlittens 3 gegenüber dem ersten Wellenelement 2 entlang des Schneckenprofils 10 ist der Schlitten 3 entlang des ersten Wellenelements 2 axial verschiebbar. Wie hierin verwendet, bedeutet ”axial verschiebbar” auch und insbesondere eine axiale Verschiebung durch Drehen eines Teils gegenüber dem anderen Teil. Auf der Innenseite hat der Schlitten 3 ein Mitnehmerelement 14, das in das Schneckenprofil 10 an der Außenseite des ersten Wellenelements 2 eingreift. Vorzugsweise ist das Mitnehmerelement 14 ebenfalls ein zum Schneckenprofil 10 gepaartes Schneckenprofil. Alternativ kann der Schlitten 3 auch mittels Kugeln (nicht dargestellt, z. B. Kugelgewindetrieb) am Schneckenprofil 10 gelagert sein. Wird der Schlitten 3 im Raum drehfest bzw. drehstarr gehalten, während das erste Wellenelement 2 vor- oder zurückgedreht wird, bewegt sich der Schlitten bezüglich des ersten Wellenelements 2 nach vorne bzw. nach hinten.
-
An der Außenseite des Schlittens 3 ist eine Außenverzahnung 20 angeordnet, die in eine Innenverzahnung 22 eingreift, die an der Innenseite des zweiten Wellenelements 7 bzw. an der Innenseite des Gehäuses 7a angeordnet ist. Bezüglich der Einzelheiten wird auch auf die 4 bis 10 betreffend die zweite Ausführungsform der Dämpfungseinheit 100' verwiesen, da die meisten Bauteile der Dämpfungseinheiten 100 und 100' baugleich bzw. bauähnlich sind (mit dem Hauptunterschied, dass bei der Dämpfungseinheit 100' statt der Innenverzahnung 42 der Dämpfungseinheit 100 eine Wellennabe 60 vorgesehen ist). Der gegenseitige Eingriff von Außenverzahnung 20 und Innenverzahnung 22 führt dazu, dass der Schlitten 3 drehstarr mit dem zweiten Wellenelement 7 verbunden ist. Jedoch können bei einer axialen Vor- und Zurückbewegung des Schlittens 3 relativ zum ersten Wellenelement 2 die beiden Verzahnungen 20, 22 in axiale Richtung vor und zurück gleiten.
-
Innerhalb des Gehäuses 7a ist die Vor- und Zurückbewegung des Schlittens 3 mittels auf beiden Seiten angeordneten Federelementen 4, 5 vorgespannt. Vorzugsweise ist der Schlitten 3 bezüglich der axialen Verschiebung in seinem Käfig (im Gehäuse 7a) derart gelagert, dass beide Federelemente 4, 5 vorgespannt sind. Die Federelemente 4, 5 sind im dargestellten Beispiel zwei Tellerfedersätze mit gespiegelter Neigung. Anstelle der Tellerfedern können jedoch auch Spiralfedern, Elastomere oder andere (feder-)elastische Elemente eingesetzt werden, die durch die Verschiebung des Schlittens 3 gespannt bzw. entspannt werden. Die Anordnung der Dämpfungseinheit 100 (auch 100', 100'') ist doppelwirkend, so dass bei Verschiebung des Schlittens in eine axiale Richtung das eine Federelement gespannt und das andere Federelement entspannt wird. Im kraftlosen Zustand, das heißt, im Zustand ohne Drehmomentänderung und ohne wirkendem Drehmoment an den Wellenelementen 2, 7 wirken die gegenläufigen Federelemente 4, 5 derart auf den Schlitten 3, dass dieser eine Ruhestellung einnimmt, die vorzugsweise in der Mitte der beiden Auslenkungswege der Federelemente 4, 5 liegt. In den Figuren ist die Stellung im Ruhezustand des Schlittens 3 dargestellt.
-
Zur Seite des ersten Wellenelements 2 ist das Gehäuse 7a bzw. die offene Seite des zweiten Wellenelements 7 durch einen Deckel 8 bzw. Flansch abgeschlossen. Ein Teil des ersten Wellenelements 2 (nämlich zumindest derjenige mit dem Schneckenprofil 10), die Federelemente 4, 5 und der Schlitten 3 sind innerhalb des durch das Gehäuse 7a und den Deckel 8 eingeschlossenen Volumens angeordnet. Der Deckel 8 ist mit dem zweiten Wellenelement 7 bzw. mit dem Gehäuse 7a verbunden. Im dargestellten Beispiel ist die Verbindung mittels eines Sprengrings 34 hergestellt, der in eine Nut 35 des Gehäuses 7a eingesetzt ist. Durch den Sprengring 34 ist der Deckel 8 in eine axiale Richtung festgelegt, während der Deckel 8 auf der zum Sprengring gegenüberliegenden Seite durch einen Anschlag am Gehäuse 7a festgelegt ist. In alternativer Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass der Deckel 8 drehstarr mit dem ersten Wellenelement 2 verbunden ist.
-
Das erste und zweite Wellenelement 2, 7 sind gegeneinander drehbar gelagert. Im dargestellten Beispiel ist ein erstes Lager 16 zwischen dem vorderen Ende des ersten Wellenelements 2 und dem hinteren Ende des zweiten Wellenelements 2 ausgebildet. Ein zweites Lager 18 ist zwischen der Innenseite des Deckels 8 und der Außenseite des ersten Wellenelements 2 ausgebildet. In oben bereits erwähnter alternativer Ausgestaltung, bei der der Deckel 8 drehstarr mit dem ersten Wellenelement 2 verbunden ist, kann das zweite Lager auch zwischen der Außenseite des Deckels 8 und der Innenseite des Gehäuses 7a ausgebildet sein. Bei der dargestellten Ausgestaltung sind die Federelemente 4, 5 prinzipiell sowohl gegenüber dem ersten als auch gegenüber dem zweiten Wellenelement 2, 7 drehbar. Vorteilhaft sind jedoch Anschlagselemente vorgesehen, das heißt Elemente, gegen die die Federelemente 4, 5 wirken und wodurch eine Drehung gegen die Anschlagelemente eher nicht auftritt. Die Anschlagselemente sind am zweiten Wellenelement 7 bzw. am Gehäuse 7a und dem Deckel 8 sowie am damit drehstarr verbundenen Schlitten 3 vorgesehen. Dabei schlägt das Federelement 4 mit einer Stirnseite gegen die Innenseite des Gehäuses 7a an, während die andere Seite des Federelements 4 gegen einen am Schlitten 3 ausgebildeten Anschlag anliegt. Beim anderen Federelement 5 liegt eine Seite des Federelements 5 gegen einen Anschlag am Schlitten 3 an, während die andere Seite an einer Innenfläche des Deckels 8 anliegt. Beim Federelement 5 wird der maximale Auslenkungsweg durch einen Anschlagsring 30 begrenzt, während beim anderen Federelement 4 der maximale Auslenkungsweg durch einen Anschlag 28 an der Innenseite des Gehäuses 7a begrenzt ist.
-
Die Anschläge 28, 30 für die Maximalauslenkung des Schlittens 3 stellen aufgrund der mechanischen Umsetzung mittels des. Schneckenprofils 10 und des Mitnehmerelements 14 eine maximale Verdrehung bzw. einen maximalen Verdrehungswinkel des ersten Wellenelements 2 gegenüber dem zweiten Wellenelement 7 dar. Da wie erwähnt die Dämpfungseinheit 100 (100', 100'') symmetrisch wirkt, ist der Maximalwinkel der Verdrehung in beide Richtungen gegenüber der Ruhelage gegeben. Der maximale Winkel hängt einerseits vom Verschiebeweg des Schlittens 3 innerhalb des Gehäuses 7a bzw. entlang des Schneckenprofils 10 auf dem ersten Wellenelement 2 und von der Steigung des Schneckenprofils 10 ab. Steigung und maximaler Auslenkungsweg sind beispielsweise so dimensioniert, dass der maximale Verdrehwinkel in eine Richtung von der Ruhelage aus gerechnet mindestens 30°, 45°, 90°, 180° oder 360° beträgt. Bei der vorteilhaft doppelseitig (symmetrisch) wirkenden Dämpfung ist der Verdrehwinkel mindestens –30°, –45°, –90°, –180° oder –360°.
-
Wie erwähnt, wird durch das Gehäuse 7a und den Deckel 8 ein Volumen bzw. eine Kammer gebildet, innerhalb derer sich der Schlitten 3 bewegt. Vorzugsweise sind zu beiden Bewegungsseiten des Schlittens 3 jeweils eine erste und eine zweite Kammer 6a, 6b ausgebildet. Die Kammern 6a, 6b können mit Luft, einem Gas oder mit einer Dämpfungsflüssigkeit (beispielsweise Öl) gefüllt sein, um eine Dämpfung der Verschiebung des Schlittens 3 zu bewirken. Neben der Dämpfung der Schlittenverschiebung innerhalb der Kammern 6a, 6b mittels des Fluids wird die Dämpfung der Verschiebung des Schlittens 3 bzw. eines die Verschiebung des Schlittens hervorrufenden Drehmomentspitze durch die Reibung zwischen dem Schneckenprofil und dem Mitnehmerelement 14 sowie durch die Reibung zwischen der Außenverzahnung 20 und der Innenverzahnung 22 bewirkt. Zur Erhöhung der Dämpfung aufgrund des Fluides in den Kammern 6a, 6b ist vorzugweise der Schlitten 3 mittels Dichtringen 6 (siehe 1 – vergleiche auch Dichtringe 24 und 26 wie in 2a dargestellt) gegen die Innenseite des Gehäuses 7a abgedichtet. Dazu hat der Schlitten 3 an der Außenseite und unterhalb der Außenverzahnung 20 liegende hülsenartige Verlängerungen, deren Außenseite an der Innenseite der Dichtringe 24, 26 anliegen. Die Außenseiten der Dichtringe 6/24, 26 liegen wiederum an der Innenseite des Gehäuses 7a an.
-
Die Dämpfungsstärke durch das zwischen den beiden Kammern 6a, 6b fließenden Fluides lässt sich durch die Stärke von im Schlitten 3 ausgebildeten Bohrungen 11 bestimmen. Eine weitere Erhöhung der Dämpfung bzw. Verringerung der Fließgeschwindigkeit des Fluids wird durch Blendenelemente 12 bewirkt, die das Fließen des Fluids nur in eine Richtung ermöglichen. Bei Vorsehen von mehreren Ausgleichsbohrungen 11 können die Blendenelemente 12 derart an den Bohrungen 11 vorgesehen sein, dass entweder symmetrisch für beide Verschiebungsrichtungen die gleiche Dämpfung reduziert wird, oder bei gewünschter asymmetrischer Dämpfung die Anzahl der Blendenelemente 12 für die eine Durchlassrichtung unterschiedlich ist zur Anzahl von Blendenelementen für die andere Durchlassrichtung. Es sind weitere Dichtelemente vorgesehen, die einerseits ein Austreten des Fluides aus den Kammern 6a, 6b zur Außenseite der Dämpfungseinheit 100 verhindern und andererseits verhindern, dass Verunreinigungen in den Lagerbereich zwischen erstem und zweitem Wellenelement 2, 7 bzw. Deckel 8 und ersten Wellenelement gelangen. Das Fluid innerhalb der Kammern 6a, 6b wird durch je einen Dichtring 40 zwischen der Außenseite des Deckels 8 und der Innenseite des Gehäuses 7a sowie zwischen der Innenseite des Deckels 8 und der Außenseite des ersten Wellenelements 2 abgedichtet. Eine Abdichtung des zweiten Lagers 18 gegen Verunreinigung wird durch einen Dichtring 32, der zwischen der Außenseite des ersten Wellenelements und der Innenseite bzw. Stirnseite des Deckels 8 angeordnet ist, vorgesehen. Vorteilhaft – aber in den Figuren nicht dargestellt – können auch eine oder mehrere Dichtungen an der Innenseite des Schlittens 3 und/oder an der Außenseite des ersten Wellenelements 2 angeordnet sein, um eine Strömung des Fluids entlang dieses Weges zwischen den Kammern 6a, 6b zu verhindern.
-
Bei der Dämpfungseinheit 100 liegen die Antriebsseite A und die Abtriebsseite B auf der gleichen Seite. Beispielhaft ist in 1 und 2 ein Zahnrad 9 dargestellt, das mit dem Wellenelement 2 in Zahneingriff steht. Dazu ist an der Innenseite des zweiten Wellenelements 7 bzw. an der Innenseite des Gehäuses 7a eine Innenverzahnung 42 angeordnet, die mit einer ersten Außenverzahnung 44 des Zahnrads 9 in Eingriff steht. 3 zeigt das Zahnrad 9 in perspektivischer Darstellung von vorne und von hinten. Dabei ist stirnseitig die erste Außenverzahnung 44 dargestellt, die in die Innenverzahnung 42 des Gehäuses 7a eingreift. Weiterhin ist eine zweite Außenverzahnung 46 am Zahnrad 9 ausgebildet, im dargestellten Beispiel als Schrägverzahnung. Anstelle der Innenverzahnung 42 kann auch am Gehäuse bzw. am zweiten Wellenelement 7 eine Außenverzahnung vorgesehen sein.
-
4 zeigt eine zweite Ausführungsform der bereits erwähnten Dämpfungseinheit 100', wobei der Querschnitt längs der Drehachse verläuft. Die Dämpfungseinheit 100' ist eine sogenannte 'Inline'-Dämpfungseinheit, bei der die Antriebsseite A und die Abtriebsseite B auf gegenüberliegenden Seiten bezüglich der Dämpfungseinheit liegen. Auch die Dämpfungseinheit 100 ist bezüglich der Wirkung der Dämpfung symmetrisch ausgebildet, so dass An- und Abtriebsseite A, B vertauschbar sind, bzw. je nach Betriebsbedingungen die Antriebsseite als Abtriebsseite und die Abtriebsseite als Antriebsseite verwendet wird – vergleiche die in beide Richtungen weisenden Pfeile, die den Drehmomentübertrag symbolisieren. Wenn beispielsweise die Dämpfungseinheit zwischen einem Elektromotor und einem Wasserrad(/Propeller) zum Einsatz kommt, kann das Wasserrad Antrieb sein und den Elektromotor zur Energiegewinnung antreiben (Generator). Oder zum Fördern von Wasser kann der Elektromotor als Antriebsmaschine wirken und über die Dämpfungseinheit 100 oder 100' das Wasserrad antreiben.
-
Alle Elemente und Funktionen der Dämpfungseinheit 100' sind gleich zu den Elementen der Dämpfungseinheit 100 bzw. sind bauähnlich bzw. funktionsgleich. Der Unterschied zwischen den Dämpfungseinheiten 100 und 100' ist, dass bei der Dämpfungseinheit 100' das Gehäuse 7a keine Innenverzahnung 42 aufweist (die beispielhaft auf das Zahnrad 9 wirkt) sondern an der zum ersten Wellenelement 2 gegenüberliegenden Seite des zweiten Wellenelements 7 bzw. an dessen Gehäuse 7a eine Wellennabe 60 angeordnet ist. Anstelle der Wellen/Naben-Verbindung 60 kann auch ein Gewinde, ein Sechskant, ein Polygon oder eine sonstige Verbindungseinrichtung vorgesehen sein, die mit einem drehbaren Element zu verbinden ist. Die Verbindungseinrichtung kann beispielsweise mit einem Motor, Verbrennungsmotor, Elektromotor, einer Keilriemenscheibe, einem Getriebe oder dergleichen verbunden sein. Anstelle der Wellennabe 60 kann auch eine Innenverzahnung (vergleiche 42) oder eine Außenverzahnung vorgesehen sein.
-
5 zeigt eine perspektivische Querschnittsansicht der Dämpfungseinheit 100' von 4. 6 zeigt eine perspektivische Ansicht des Dichtrings 24, der wie oben beschrieben zwischen der Außenseite einer hülsenartigen Verlängerung des Schlittens 3 und der Innenseite des Gehäuses 7a angeordnet ist. 7 zeigt eine perspektivische Vorder- und Rückansicht des Deckels 8, wobei ein hülsenartiger Verlängerungsabschnitt des Deckels 8 den hülsenartigen Dichtring 26 ausbildet.
-
8 zeigt eine perspektivische Ansicht des Schlittens 3, bei dem am Außenumfang die Außerverzahnung 20 angeordnet und am Innenumfang das Mitnehmerelement 14 angeordnet ist. Beim Beispiel ist das Mitnehmerelement 14 wiederum vorteilhaft als Schneckenprofil bzw. Helix-förmige Verzahnung ausgestaltet. Am Schlitten 3 sind in axiale Richtung zwei der Ausgleichsbohrungen 11 vorgesehen.
-
9 zeigt eine perspektivische Ansicht des ersten Wellenelements 2 bei dem vor und hinter dem Schneckenprofil 10 das erste Lager 16 bzw. das zweite Lager 18 angeordnet sind. Die radial Lagerungen 16, 18 sind beim dargestellten Beispiel Gleitlager, es können jedoch auch reibungsmindernde Lagerbuchsen (aus Messing oder Buntmetall) vorgesehen sein, oder Kugellager oder Wälzlager bei extrem hohen zu übertragenden Drehmomenten. Da jedoch bei Betrieb der Dämpfungseinheit eine Relativverdrehung (Dämpfungsfall) zwischen und erstem und zweitem Wellenelement nur kurzzeitig auftritt, sind die Anforderungen an die Lager 16, 18 eher gering.
-
10 zeigt die perspektivische Vorder- und Rückenseitenansicht des zweiten Wellenelements 7 mit dem Gehäuseabschnitt 7a. Das äußere Ende des ersten Wellenelements wird durch die Wellennabe 60 gebildet, während die andere Seite durch das Gehäuse 7a gebildet wird. Auf der Gehäuseinnenseite ist die Innenverzahnung 22 ausgebildet und anschließend an die Stirnseite des Gehäuses ist die Nut 35 zum Einsetzen des Sprengrings 34 vorgesehen.
-
Oben wurden Ausgestaltungen der Dämpfungseinheit als 'Inline'-Version 100' oder als einseitig zu verbindende Version 100 ('Offline') im Detail beschrieben. In Ausgestaltungen kann der Lagerbereich des Lagers 16 mit in das Gehäuse 7a gezogen sein. In Ausgestaltung kann an der Außenseite des Lagers 7a ein Zahnprofil ausgebildet sein. In Ausgestaltung kann an der der ersten Welle gegenüberliegenden Seite oder an der Seite des zweiten Wellenelements, das der Seite des ersten Wellenelements zugewandt ist, ein Zahnprofil ausgebildet sein. Beispielsweise kann am zweiten Wellenelement 2 ein Stirnrad ausgebildet sein, oder ein Riementrieb oder ein Kettenantrieb (Ritzel) oder ein Kegelradzahnprofil oder ein Stirnradzahnprofil oder das Gehäuse 7a bzw. das zweite Wellenelement 7 kann Teil einer Radnabe sein.
-
In weiterer Ausgestaltung der Dämpfungseinheiten 100, 100', 100'' können anstelle der in axiale Richtung verlaufenden Außenverzahnungen 20 und Innenverzahnung 22 ein zweites Schneckenprofil vorgesehen sein, so dass eine Kopplung zwischen ersten Wellenelement 2 und Schlitten 3 mittels eines an dem ersten Wellenelement 2 oder dem Schlitten 3 vorgesehenen Schneckenprofil erfolgt und zwischen dem Schlitten 3 und dem zweiten Wellenelement 7 eine Kopplung mittels eines am zweiten Wellenelement 7 oder am Schlitten 3 vorgesehenen Schneckenprofils ausgebildet ist. Die Steigungen der beiden Schneckenprofile können in die gleiche Richtung verlaufen oder gegenläufig sein (Uhrzeigersinn und Gegenuhrzeigersinn) so dass das Abschneiden vom Drehmomentspitzen noch feiner mittels der Steigungen einstellbar ist. In diesem Fall ist der Schlitten 3 nicht drehstarr mit dem zweiten Wellenelement gekoppelt, sondern kann ebenfalls durch die Drehung entlang des Schneckenprofils axial verschoben werden. Die Wirkung des Verschiebens des Schlittens entlang der beiden Schneckenprofile an der Innen- und Außenseite des Schlittens 3 (das Profil kann ein- oder beidseitig am Schlitten 3 oder am ersten oder zweiten Wellenelement vorgesehen sein) ist wirkungsmäßig entsprechend der Verschiebung des Schlittens 3 entlang des in den Figuren dargestellten Schneckenprofils 10.
-
In weiterer Ausgestaltung kann bei den in den Figuren dargestellten Ausführungen der Dämpfungseinheiten 100, 100', 100'' das Schneckenprofil 10 an der Innenseite des Gehäuses 7a vorgesehen sein (oder an der Außenseite des Schlittens 3) und die Außenverzahnung und Innenverzahnung 20/22 ist zwischen der Außenseite des ersten Wellenelements und der Innenseite des Schlittens 3 vorgesehen.
-
Mit der obigen Beschreibung für die Figuren sind diese Abänderung sowie das Vorsehen von zwei Schneckenprofilen anstelle eines Schneckenprofils und einer Verzahnung 20/22 ohne weiteres umsetzbar.
-
11 zeigt schematisch eine Anordnung der Dämpfungseinheit 100/100'/100'' in einem Antriebssystem. Bei der oberen Version treibt ein Motor M die Dämpfungseinheit an, dessen Abtriebsseite in ein Getriebe G geht, das das Drehmoment weiter auf einen Verbraucher V überträgt. Bei der unteren Version sind Getriebe und Dämpfungseinheit 100/100'/100'' vertauscht. Es ist auch möglich, ein System ohne Getriebe G vorzusehen. Die Dämpfungseinheit selbst kann Teil des Verbrauchers V oder des Motors M oder des Getriebes G sein, oder in den Motor M das Getriebe G oder dem Verbraucher V integriert sein.
-
12 zeigt die Querschnittsansicht einer weiteren Ausgestaltung einer Dämpfungseinheit 100'', die weitgehend der 'Inline'-Version der 4 bis 10 entspricht. Daher wird auf obiges Bezug vollumfänglich genommen. Der einzige Unterschied zur Dämpfungseinheit 100' besteht darin, dass das zweite Wellenelement 7 zweiteilig ausgebildet ist aus dem Gehäuse 7a und dem Wellenabschnitt 7b. Wellenabschnitt 7b und Gehäuse 7a sind durch eine Verbindungseinrichtung 70 starr miteinander verbunden, so dass nach Herstellung der Verbindung mittels der Verbindungseinrichtung 70 von der Funktion das zweite Wellenelement 7 dem oben beschriebenen vollumfänglich entspricht. In 12 ist die Verbindungseinrichtung 70 nur im oberen Querschnitt dargestellt und würde bei der reellen Verbindung natürlich auch unten zu sehen sein. Die Verbindungseinrichtung 70 kann entsprechend auch bei dem zweiten Wellenelement 7 der Dämpfungseinrichtung 100 ('Offline'-Version) vorgesehen sein. Die Verbindungseinrichtung 70 ist eine oder mehrere aus der Gruppe: Verschraubung, Schweißung, Klemmung, Klebung, Sicherung mittels Sicherungselementen (Klemmring, Sprengring), etc.
-
Das zweiteilige Ausbilden von Gehäuse 7a und Wellenabschnitt 7b bietet den Vorteil. dass das hülsenartige Gehäuse einfacher zu bearbeiten ist. Beispielsweise kann bei einem Vorbearbeitungsschritt die Innenverzahnung 22 durchgängig durch die Hülse hergestellt (z. B. geräumt) werden. Auch wäre eine Schrägverzahnung leichter auszubilden, falls das Schneckenprofil oder ein zweites Schneckenprofil zwischen Schlitten 3 und Gehäuse 7a vorzusehen ist.
-
In weiterer, nicht dargestellter Ausgestaltung kann das zweite Wellenelement 7 als hülsenartiges Gehäuse 7a ausgebildet sein, wobei nicht nur die eine Seite zwischen erstem und zweitem Wellenelement 2, 7 mit dem Deckel 8 abgeschlossen ist, sondern auch die gegenüberliegende Seite statt mittels eines am Gehäuse 7a einstückig ausgebildeten Rings (vgl. 7c in 12) mit einem zweiten Deckel (der den Ring 7c ersetzt) analog zum Deckel 8 abgeschlossen ist.
-
Die Dämpfungseinheit ist verwendbar bei mechanischen Antrieben, bei denen abzudämpfende Drehmomentspitzen auftreten, die nicht übertragen werden sollen. Drehmomentspitzen werden beispielsweiße bei Verbrennungsmaschinen während der verschiedenen Arbeitstaktphasen erzeugt oder bei Verbrauchern, die plötzlich auftretende Abbremsmomente (beispielsweise Schredder) aufweisen. Es können auch Anlaufspitzen sein, die beim Anfahren oder Anschieben beispielsweise auf Grund von Hemmungen (Übergang von Haft- zu Gleitreibung) auftreten.
-
Datenwerte:
-
Wie oben bereits erwähnt, hängt die Dämpfung der Dämpfungseinheiten 100, 100', 100'' wesentlich von der Steigung des Schneckenprofils (Schneckenwinkel) und den Federkräften ab. Die folgenden Werte, basierend auf groben Berechnungen, sind typische Beispiele für eine beispielhafte Baugröße (Dämpfung von 80 Nm Drehmomentspitzen). Dabei ist ca. 45° Schneckenwinkel sinnvoll. Sobald der Schneckenwinkel verringert wird, ergeben sich größere Axialkräfte, die durch die Federpakete abgefangen werden müssen.
- • Bei einem Steigungswinkel der Schnecke von 62° und größer reicht eine Tellerfeder.
- • Zwischen 48° und 61° sollten je 2 Federn gestapelt sein.
- • Bei 36 bis 51° werden schon je 3 Federn benötigt.
- • Bei 28 bis 43° schon 4 Federn.
- • Bei 23 bis 35° schon 5 Federn.
- • Bei 19 bis 32° schon 6 Federn.
-
Weitere Faktoren für die Dämpfung sind z. B. das Antriebsmoment, die Reibung, die Feingeometrie der Schnecke etc. Für ein geringes Antriebsmoment, oder wenn die Dämpfung schon früh starten soll, kann auch ein geringerer Steigungswinkel, bzw. auch Schraubenfedern verwendet werden. Bei obigen Beispielen sind in der Berechnung dynamische und hydraulische Effekte nicht berücksichtigt. Die Anzahl der Federn erhöht Kosten, Gewicht, Drehmasse, Bauraum etc., so dass möglichst wenige Federelemente zum Einsatz kommen sollten. Dabei sind Tellerfedern besser als Schraubenfedern, da auf kleinem Bauraum, bei wenig Hub, höhere Kräfte erzeugt werden können. Weiterhin kann die Federkraft durch Stapeln leicht erhöht werden.
-
Kurzwiederholung der Beschreibung der Dämpfungseinheit 100:
-
1 zeigt beispielhaft einen Schneckendämpfer 100, dessen Welle 2 mit einer Kurbelwelle 1 eines Verbrennungsmotors (nicht dargestellt) verbunden ist. Die Welle 2 des Schneckendämpfers 100 kann auch mit einer Welle einer anderen Arbeitsmaschine oder mit einem Getriebe verbunden sein. Die Verbindung kann wie dargestellt vorzugsweise durch direkte mechanische Kopplung Welle-auf-Welle erfolgen oder es können ein oder mehrere Getriebeelemente (Zahnrad, Kette, Keilriemen) zur Übertragung des Drehmoments von der Welle 1 auf die Welle 2 zwischengeschaltet sein.
-
Über die Abtriebswelle 1 der Arbeitsmaschine (z. B. Verbrennungsmotor, oder auch Elektromotor, etc.) wird die Antriebswelle 2 der Dämpfungseinheit 100 angetrieben.
-
Über das auf der Welle 2 angebrachte Schneckenprofil 10 (unterschiedliche Bauart/Profil denkbar: spitz; Evolvente; Rechteck; gerade; schräg; einzelne Führungsrille; mehrere Führungsrillen im Umfang etc.) wird das Drehmoment der Antriebswelle 2 in den Schieber 3 eingeleitet.
-
Das Schneckenprofil, der Schneckenwinkel, der Reibwert (über entsprechende Beschichtungen) etc. ist mit dem zu übertragende Moment und der abzudämpfenden Drehmomentspitzen und der Federkraft abgestimmt.
-
Im Schieber 3 ist ein entsprechendes Schneckenprofil angebracht (kann auch über zusätzliche Elemente verbunden sein, z. B. Kugeln, etc.) das ermöglicht, dass Drehmoment auf den Schieber übertragen wird. Der Winkel der Schnecke erzeugt aus dem Drehmoment eine Axialkraft, die entsprechend der Drehmomentrichtung auf die Federpakete 4 oder 5 wirkt.
-
Ist die aus dem Drehmoment der Antriebswelle, des Schneckenwinkel und der Reibung erzeugte Axialkraft kleiner als die Federkraft des Federpaketes 4 oder 5, so wird das Drehmoment ohne Reduktion über die formschlüssige Verbindung des Schiebers 3 mit dem Gehäuse 7a übertragen.
-
Das Drehmoment wird somit über die formschlüssige Verbindung zwischen Gehäuse 7a und Abtriebseinheit 9 auf die Abtriebseinheit 9 übertragen.
-
Ist die aus dem Drehmoment (auch in Spitzen) der Antriebswelle 2, des Schneckenprofiles (reduziert um die Reibung in der Schnecke). erzeugte Axialkraft höher als die Federkraft des Federpaketes 4 oder 5, so führt diese Situation zu einem axialen Verschieben des Schiebers. Hierdurch wird Energie/Drehmoment abgebaut. Kurzzeitige Drehmomentspitzen, die über das Gehäuse auf die Abtriebseinheit 9 wirken, sind dadurch reduziert und gedämpft.
-
Das Federpaket 4 stützt sich einerseits am Gehäuse 7 und andererseits am Schieber 3 ab und wird entsprechend zielführender Auslegung vorgespannt. Das Federpaket 5 stützt sich einerseits am Deckel 8 ab und andererseits am Schieber 3. Und wird entsprechend der zielführenden Auslegung vorgespannt. Die Federpakete 4 und oder 5 können als Tellerfedern, Spiralfedern, Elastomerteilen etc. und deren Kombination ausgestaltet sein.
-
Diese Dämpfungseinheit 100, 100', 100'' kann trocken (in Luft oder Gasatmosphäre), aber auch mit Flüssigkeit oder Gas gefüllt betrieben werden. In beiden Fällen wird über die Dichtringe 6 der rechte und linke Raum 6a bzw. 6b abgedichtet. Über die im Schieber angebrachten Ausgleichbohrungen 11 kann ein Fluid-, bzw. Gasstrom zwischen den beiden Räumen stattfinden. Diese Ausgleichbohrungen, im Zusammenhang mit den Dichtringen, werden so abgestimmt, dass dadurch eine zusätzliche hydraulische, bzw. pneumatische Dämpfung genutzt werden kann. Um diesen Effekt zu optimieren, kann auf die Bohrungsenden ein Ventil, oder eine Blendeneinheit 12 gesetzt werden.
-
Der Deckel 8 kann gegenüber dem Gehäuse verdrehgesichert, mit Dichtelementen in Richtung Gehäuse 7a, aber auch in Richtung Antriebswelle 2 abgedichtet werden. Befindet sich diese Einheit in einem öldichten Gehäuse, kann auf diese Abdichtung verzichtet werden. Der Deckel ist in beide Richtungen axial gegen das Gehäuse 8 gesichert.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Abtriebswelle/Abtriebsanschluss
- 2
- erstes Wellenelement (z. B. Antriebswelle)
- 3
- Schlitten (Schiebeelement)
- 4, 5
- Federelement
- 6
- Dichtring
- 6a, 6b
- erste, zweite Kammer/Raum
- 7
- zweites Wellenelement (z. B. Abtriebswelle)
- 7a
- Gehäuse
- 7b
- Wellenabschnitt
- 7c
- ring- bzw. scheibenförmiger Abschnitt
- 8
- Deckel (Flansch)
- 9
- Zahnrad (Abtriebseinheit)
- 10
- Schneckenprofil
- 11
- Ausgleichsbohrungen
- 12
- Blendeneinheit
- 14
- Mitnehmerelement (Schneckenprofil)
- 16
- erstes Lager
- 18
- zweites Lager
- 20
- Außenverzahnung
- 22
- Innenverzahnung
- 24
- Dichtring
- 26
- Dichtring
- 28
- Anschlag
- 30
- Anschlagsring
- 32
- Dichtring
- 34
- Sprengring
- 35
- Nut
- 36
- Sechskant
- 38
- Feingewinde
- 40
- Dichtring
- 42
- Innenverzahnung
- 44
- erste Außenverzahnung
- 46
- zweite Außenverzahnung
- 60
- Wellennabe
- 70
- Verbindungseinrichtung
- 100, 100', 100''
- Dämpfungseinheit
- A
- Antriebsseite
- B
- Abtriebsseite
- D
- Drehachse
- M
- Motor
- G
- Getriebe
- V
- Verbraucher
