EP1725373B9 - Taumelfingergetriebe - Google Patents

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EP1725373B9
EP1725373B9 EP05715981A EP05715981A EP1725373B9 EP 1725373 B9 EP1725373 B9 EP 1725373B9 EP 05715981 A EP05715981 A EP 05715981A EP 05715981 A EP05715981 A EP 05715981A EP 1725373 B9 EP1725373 B9 EP 1725373B9
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
wobble
shaft
ring
drive
balancing
Prior art date
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Not-in-force
Application number
EP05715981A
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English (en)
French (fr)
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EP1725373A1 (de
EP1725373B1 (de
Inventor
Rudolf Berger
Wolfgang Schmid
Otto W. Stenzel
Michael Fischer
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Wacker Construction Equipment AG
Original Assignee
Wacker Construction Equipment AG
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Publication date
Application filed by Wacker Construction Equipment AG filed Critical Wacker Construction Equipment AG
Publication of EP1725373A1 publication Critical patent/EP1725373A1/de
Publication of EP1725373B1 publication Critical patent/EP1725373B1/de
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Not-in-force legal-status Critical Current
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25D—PERCUSSIVE TOOLS
    • B25D17/00—Details of, or accessories for, portable power-driven percussive tools
    • B25D17/24—Damping the reaction force
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25D—PERCUSSIVE TOOLS
    • B25D11/00—Portable percussive tools with electromotor or other motor drive
    • B25D11/06—Means for driving the impulse member
    • B25D11/062—Means for driving the impulse member comprising a wobbling mechanism, swash plate
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25D—PERCUSSIVE TOOLS
    • B25D2217/00—Details of, or accessories for, portable power-driven percussive tools
    • B25D2217/0073—Arrangements for damping of the reaction force
    • B25D2217/0076—Arrangements for damping of the reaction force by use of counterweights
    • B25D2217/0088—Arrangements for damping of the reaction force by use of counterweights being mechanically-driven
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25D—PERCUSSIVE TOOLS
    • B25D2250/00—General details of portable percussive tools; Components used in portable percussive tools
    • B25D2250/391—Use of weights; Weight properties of the tool
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T74/00—Machine element or mechanism
    • Y10T74/18—Mechanical movements
    • Y10T74/18056—Rotary to or from reciprocating or oscillating
    • Y10T74/18296—Cam and slide
    • Y10T74/18336—Wabbler type

Definitions

  • the invention relates to a wobble mechanism according to the preambles of claims 1 and 10.
  • wobble-type gear is understood to mean a device for converting a rotational movement into an oscillating translational movement.
  • a rotationally driven rotational element acts on a tumbling element in such a way that it is driven to reciprocate and thereby enable a further element to be translated into linear translation.
  • Such a wobble mechanism is z. B. from the DE 198 51 888 C1 known.
  • a wobble mechanism according to the preambles of claims 1 and 10 is known from DE 3427342 A1 known.
  • Fig. 1 shows an example of a known wobble mechanism for such a Luftfedertschtechnik.
  • a shaft 1 serving as a drive shaft is driven in rotation by a drive (not shown) (eg electric motor) via a gearwheel 2.
  • the shaft 1 is rotatably mounted on bearings 3 and 4 shown schematically. These bearings 3. 4 are usually rolling bearings, which are supported in a housing, not shown, as z. B. also in the DE 198 51 888 C1 is shown.
  • a pivot bearing 5 is fixed with an inner ring 5a.
  • the inner ring 5a must be connected to the shaft 1 z. B. rotatably connected via a press fit.
  • the shaft 1 and the inner ring 5a can be made in one piece.
  • the inner ring 5 a has an annular inner running surface 6 which lies in a plane which is not perpendicular to a rotation axis 7 of the shaft 1.
  • the angle ⁇ between the plane of the inner running surface and the plane perpendicular to the rotation axis 7 is approximately 30 °.
  • a wobble ring 8 Arranged around the inner ring 5a is a wobble ring 8, which has on its inner side an outer running surface 9 assigned to the inner running surface 6. Between the inner race 6 and the outer race 9 rolling elements 10 are arranged to be movable in a known manner.
  • the inner ring 5a with the inner race 6, the Taumelfingerring 8 with the outer race 9 and the rolling elements 10 together operatively form the pivot bearing 5, which is designed in the example shown as a rolling bearing.
  • other types of bearings such. B. plain bearings use.
  • a wobble finger 12 extends radially from an articulation point 11 to a central axis 13 of the wobble ring 8.
  • the shaft 1 is rotated together with the inner ring 5a. Due to the inclined inner race surface 6, the rolling elements 10 revolving therein and, with them, the wobble ring 8 are set in a tumbling motion, which can be converted into a linear reciprocating motion by the guidance of the piston pin 14 and the drive piston 15.
  • the wobble finger 12 is a significant imbalance mass which, with rapid movement (several hundred beats per minute), results in significant additional pendulum bearing loads acting on both the machine (bearings, housings) and the operator holding the machine.
  • the invention has for its object to reduce in a wobble gear generated by the movement of the wobble finger unbalance forces and thus prevent vibration unrest of the wobble mechanism.
  • At least one counterbalancing mass is formed on the shaft.
  • the balancing mass is to be provided in addition to the pivot bearing held by the shaft and an imbalance caused by its asymmetrical design.
  • the additional, constructively provided balancing mass generates an imbalance force on the shaft which, with appropriate dimensioning and design, can be superimposed on the imbalance force generated by the movement of the wobble finger in such a way that the imbalance forces at least partially cancel out or at least diminish in the resultant ,
  • the rotary bearing has a formed on the shaft inner ring, which is associated with a Taumelfingerring. Between the inner ring and the Taumelfingerring belonging to the rotary bearing rolling elements can rotate.
  • the balance mass can be created by adding mass elements to the shaft. Alternatively, it is also possible to produce a corresponding balancing mass by removing material elsewhere in the shaft.
  • the shaft is mounted on two bearings, each of the bearings is assigned a balancing mass.
  • balancing mass is to be understood abstractly.
  • a balancing mass can also be formed by a plurality of individual mass elements, which are to be arranged according to each other for generating a common mass effect.
  • each balancing mass at the bearing point assigned to it is able to selectively generate a counteracting the effect of the wobble finger counterforce, in order to reduce the resulting bearing force in this way.
  • the axial distance between a bearing and the respectively associated therewith balancing mass is minimal. In this way, the effect of the balancing mass can be transferred particularly well to its associated bearing point.
  • the balancing masses associated with the two bearing points are arranged opposite one another with respect to the axis of rotation of the shaft. This means that the centrifugal forces generated by the balancing masses are offset by 180 ° to each other. In addition, the two balancing masses generate a torque about the center of the shaft, which counteracts the wobble generated by the wobble finger.
  • the wobble ring is essentially rotationally symmetrical, with the exception of the region from which the wobble finger extends radially.
  • the Taumelfingerring should have the lowest possible weight to avoid the emergence of additional tumbling moments.
  • underlying object is provided on the wobble ring at least one balancing mass in a range that neither at the articulation point, still, based on the center axis of the wobble ring, opposite of the articulation point at which the wobble finger extends radially from the wobble ring is located.
  • the arranged between the shaft and the Taumelfingerring, obliquely rotating bearings can be realized by different types of bearings, the rolling bearing is preferable due to the lower friction and high wear resistance.
  • two balancing masses are provided which are arranged opposite one another on the wobble ring, relative to the central axis of the wobble ring.
  • the balancing masses with the same angular distance, preferably with 90 ° relative to the center axis of the wobble ring, relative to the pivot point of the wobble finger.
  • the wobble ring with the exception of the point of articulation, from which the wobble finger extends, and the areas in which the additional balance masses are provided, is substantially rotationally symmetrical. It has been found that the arrangement of balancing masses in areas other than those defined above does not lead to an improvement in the vibration situation, but rather to an increase in the imbalance forces and thus the vibrations.
  • the two solutions of the problem described above separately from each other are combined.
  • the combination of balancing masses and the resulting total forces and moments cause a significant reduction in unwanted vibrations.
  • Fig. 1 In the known wobble mechanism of Fig. 1 occur at the bearings 3, 4 bearing loads, which are plotted in Fig. 2 by way of example over time.
  • the curve a represents the bearing forces in the direction of a transverse axis (horizontal plane), while the curve b corresponds to the bearing load in the direction of the machine vertical axis. It is assumed that the wobble finger 12 is directed substantially vertically, ie in the direction of the machine vertical axis.
  • Fig. 3 accesses from Fig. 1, the essential components, namely the shaft 1, the Taumelfingerring 8 and the wobble finger 12. Furthermore, the bearings 3 and 4 are shown symbolically. Incidentally, the detailed technical embodiment can essentially be carried out according to FIG. 1.
  • balancing masses 20 and 21 are provided on the shaft 1, wherein the balancing mass 20 as close as possible (relative to the axial distance a) to the bearing point 3 and the balancing mass 21 are arranged as close as possible to the bearing point 4. Furthermore, it can be seen in FIG. 3 that the balancing masses 20 and 21 are arranged opposite one another with respect to the axis of rotation 7 of the shaft. As a result, the balancing masses 20 and 21 generate a torque about the axis X, which is opposite to the tumbling moment of the wobble finger 12.
  • the distance a of the balancing mass 20 to the bearing 3 and according to the distance from the balancing mass 21 to the bearing 4 should be as low as possible in order to develop a maximum effect of the balancing masses 20, 21. This results from the fact that the closer the balancing weights 20, 21 are to the bearing points 3, 4, the greater the momentum around the X axis.
  • the balancing masses 20, 21 may, as shown in Fig. 3, be formed by attaching additional mass elements. Alternatively, it is also possible to remove material from the shaft 1 in each case on the opposite shaft side in order to produce the desired force. As a force, the product of a balancing mass is generally referred to with the distance of its center of gravity from the axis of rotation 7.
  • the total bearing load c shown in FIG. 2 can be reduced.
  • the curve c of Fig. 2 is taken.
  • the curve d corresponds to the course of the total bearing load when the balancing masses 20, 21 are provided on the shaft 1. The resulting significant reduction of the total storage loads can be seen directly in Fig. 4.
  • the balancing masses 22, 23 are arranged opposite each other in a region which is offset in each case by 90 ° relative to the articulation point 11 of the wobble finger 12.
  • the balancing masses 22, 23 lead to an alignment of the maximum bearing forces in the high (Y) and transverse (X) directions of the machine, whereby the effective bearing forces can be made uniform. As was shown in FIG. 2, the bearing forces acting in the machine vertical axis (curve b) are greater than the forces in the transverse machine axis (curve a).
  • the first and second embodiments in themselves already bring a significant improvement to the reduction of unwanted vibration forces.
  • the combination of the first and second embodiments to the third embodiment allows even further vibration reduction.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Retarders (AREA)
  • Support Of The Bearing (AREA)
  • Transmission Devices (AREA)
  • Rolling Contact Bearings (AREA)

Abstract

Bei einem Taumelfingergetriebe trägt eine Welle (1) über ein Drehlager (5) einen Taumelfingerring (8), von dem aus sich ein Taumelfinger (12) er­streckt. Zur Verminderung von Schwingungen, die durch die Bewegung des Taumelfingers (12) entstehen, ist an der Welle (1) wenigstens eine Aus­wuchtmasse (20, 21) ausgebildet. Alternativ oder ergänzend dazu kann auch an dem Taumelfingerring (8) selbst wenigstens eine Auswuchtmasse (22, 23) vorgesehen sein. Dadurch lassen sich die durch die Bewegung des Taumelfingers (12) naturgemäss entstehenden Schwingungen ausgleichen.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Taumelfingergetriebe gemäß den Oberbegriffen der Ansprüche 1 und 10.
  • Unter der Bezeichnung Taumelfingergetriebe wird eine Vorrichtung zum Wandeln einer Rotationsbewegung in eine oszillierende Translationsbewegung verstanden. Hierbei wirkt ein drehend angetriebenes Rotationselement derart auf ein Taumelelement ein, dass dieses hin- und herkippend angetrieben wird und dabei ein weiteres Element in lineare Translationsbewegung versetzen kann.
  • Ein derartiges Taumelfingergetriebe ist z. B. aus der DE 198 51 888 C1 bekannt.
  • Taumelfingergetriebe werden - wie auch in der DE 198 51 888 C1 beschrieben - z. B. in Bohr- oder Schlaghämmern eingesetzt, um die Drehbewegung eines Antriebs in eine oszillierende Translationsbewegung zu wandeln, die in einem Schlagwerk dazu genutzt werden kann, Schläge auf ein Werkzeug aufzubringen.
  • Ein Taumelfingergetriebe gemäß den Oberbegriffen der Ansprüche 1 und 10 ist aus der DE 3427342 A1 bekannt.
  • Fig. 1 zeigt exemplarisch ein bekanntes Taumelfingergetriebe für ein derartiges Luftfederschlagwerk.
  • Eine als Antriebswelle dienende Welle 1 wird von einem nicht dargestellten Antrieb (z. B. Elektromotor) über ein Zahnrad 2 drehend angetrieben. Die Welle 1 ist an schematisch dargestellten Lagerstellen 3 und 4 drehbar gelagert. Bei diesen Lagerstellen 3. 4 handelt es sich üblicherweise um Wälzlager, die in einem nicht dargestellten Gehäuse abgestützt sind, wie dies z. B. auch in der DE 198 51 888 C1 gezeigt ist.
  • Auf der Welle 1 ist ein Drehlager 5 mit einem Innenring 5a befestigt. Der Innenring 5a muss mit der Welle 1 z. B. über einen Pressverband drehfest verbunden sein. Gegebenenfalls können auch die Welle 1 und der Innenring 5a einstückig hergestellt werden.
  • Der Innenring 5a weist eine ringförmige Innenlauffläche 6 auf, die in einer Ebene liegt, die nicht senkrecht zu einer Drehachse 7 der Welle 1 steht. Bei dem Beispiel in Fig. 1 beträgt der Winkel α zwischen der Ebene der Innenlauffläche und der senkrecht zu der Drehachse 7 stehenden Ebene ca. 30°.
  • Um den Innenring 5a ist ein Taumelfingerring 8 angeordnet, der auf seiner Innenseite eine der Innenlauffläche 6 zugeordnete Außenlauffläche 9 aufweist. Zwischen der Innenlauffläche 6 und der Außenlauffläche 9 sind Wälzkörper 10 in bekannter Weise beweglich angeordnet. Der Innenring 5a mit der Innenlauffläche 6, der Taumelfingerring 8 mit der Außenlauffläche 9 und die Wälzkörper 10 bilden zusammen wirkungsmäßig das Drehlager 5, das im gezeigten Beispiel als Wälzlager ausgeführt ist. Alternativ können auch andere Lagerarten wie z. B. Gleitlager Verwendung finden.
  • Außen an dem Taumelfingerring 8 erstreckt sich von einer Anlenkstelle 11 ein Taumelfinger 12 radial zu einer Mittelachse 13 des Taumelfingerrings 8.
  • Ein dem Taumelfingerring 8 abgewandtes Ende des Taumelfingers 12 durchdringt einen Kolbenbolzen 14, der wiederum an einem Antriebskolben 15 eines Luftfederschlagwerks befestigt ist.
  • In dem Antriebskolben 15 ist in Fig. 1 ein zu dem Luftfederschlagwerk gehörender Schlagkolben 16 gezeigt. Derartige Luftfederschlagwerke sind bekannt. Da sie jedoch nicht den Gegenstand der Erfindung betreffen, wird von einer weiterem Erläuterung abgesehen.
  • Im Betrieb des Taumelfingergetriebes wird die Welle 1 zusammen mit dem Innenring 5a gedreht. Aufgrund der schräg liegenden Innenlauffläche 6 werden die darin umlaufenden Wälzkörper 10 und mit ihnen der Taumelfingerring 8 in eine Taumelbewegung versetzt, die durch die Führung des Kolbenbolzens 14 und des Antriebskolbens 15 in eine lineare Hin- und Herbewegung gewandelt werden kann.
  • Der Taumelfinger 12 stellt eine erhebliche Unwuchtmasse dar, die bei schneller Bewegung (mehrere hundert Schläge pro Minute) zu erheblichen zusätzlichen, pendelnden Lagerlasten führt, die sowohl auf die Maschine (Lager, Gehäuse) als auch auf den die Maschine haltenden Bediener wirken.
  • Da derartige Taumelfingergetriebe häufig in Hämmern eingesetzt werden, bedeutet dies, dass der Bediener nicht nur einer Stoßbelastung durch die von dem Hammer ausgeführten Schläge, sondern auch der Unwuchtbelastung durch den sich bewegenden Taumelfinger ausgesetzt wird.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Taumelfingergetriebe die durch die Bewegung des Taumelfingers erzeugten Unwuchtkräfte zu mindern und damit einer Vibrationsunruhe des Taumelfingergetriebes vorzubeugen.
  • Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch Taumelfingergetriebe gemäß den Patentansprüchen 1 und 10 gelöst. Vorteilhafte Weiterentwicklungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
  • Bei einer ersten erfindungsgemäßen Lösung ist an der Welle wenigstens eine Auswuchtmasse ausgebildet. Die Auswuchtmasse ist zusätzlich zu dem von der Welle gehaltenen Drehlager und einer sich aus dessen unsymmetrischer Gestaltung bewirkten Unwucht vorzusehen.
  • Durch die zusätzliche, konstruktiv vorgesehene Auswuchtmasse wird an der Welle eine Unwuchtkraft erzeugt, die, bei entsprechender Dimensionierung und Gestaltung, der durch die Bewegung des Taumelfingers erzeugten Unwuchtkraft derart überlagert werden kann, dass sich die Unwuchtkräfte zumindest teilweise aufheben bzw. jedenfalls in der Resultierenden vermindern.
  • Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das Drehlager einen auf der Welle ausgebildeten Innenring auf, dem ein Taumelfingerring zugeordnet ist. Zwischen dem Innenring und dem Taumelfingerring können zu dem Drehlager gehörende Wälzkörper umlaufen.
  • Die Auswuchtmasse kann durch Hinzufügen von Masseelementen an der Welle erzeugt werden. Alternativ dazu ist es auch möglich, eine entsprechende Auswuchtmasse durch Entfernen von Material an anderer Stelle der Welle herzustellen.
  • Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist die Welle an zwei Lagerstellen gelagert, wobei jeder der Lagerstellen eine Auswuchtmasse zugeordnet ist. Der Begriff "Auswuchtmasse" ist dabei abstrakt zu verstehen. Selbstverständlich kann eine Auswuchtmasse auch durch mehrere einzelne Masseelemente gebildet werden, die zum Erzeugen einer gemeinsamen Massenwirkung entsprechend zueinander anzuordnen sind.
  • Somit ist jede Auswuchtmasse an der ihr zugeordneten Lagerstelle in der Lage, gezielt eine die Wirkung des Taumelfingers überlagernde Gegenkraft zu erzeugen, um auf diese Weise die resultierende Lagerkraft zu reduzieren.
  • Bei einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der axiale Abstand zwischen einer Lagerstelle und der jeweils ihr zugeordneten Auswuchtmasse minimal. Auf diese Weise lässt sich die Wirkung der Auswuchtmasse besonders gut auf die ihr zugeordnete Lagerstelle übertragen.
  • Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung sind die den beiden Lagerstellen zugeordneten Auswuchtmassen bezüglich der Drehachse der Welle gegenüberliegend angeordnet. Das bedeutet, dass die durch die Auswuchtmassen erzeugten Fliehkräfte um 180° zu einander versetzt sind. Zudem erzeugen die beiden Auswuchtmassen um die Mitte der Welle ein Drehmoment, das dem durch den Taumelfinger erzeugten Taumelmoment entgegenwirkt.
  • Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Taumelfingerring im Wesentlichen rotationssymmetrisch ist, mit Ausnahme von dem Bereich, von dem aus sich der Taumelfinger radial erstreckt. Der Taumelfingerring sollte ein möglichst geringes Gewicht aufweisen, um das Entstehen zusätzlicher Taumelmomente zu vermeiden.
  • Bei einer anderen, in Anspruch 10 definierten Lösung der der Erfindung zugrunde liegenden Aufgabe ist an dem Taumelfingerring wenigstens eine Auswuchtmasse in einem Bereich vorgesehen, der weder an der Anlenkstelle, noch, bezogen auf die Mittelachse des Taumelfingerrings, gegenüber von der Anlenkstelle, an der sich der Taumelfinger radial von dem Taumelfingerring erstreckt, liegt.
  • Es hat sich überraschend herausgestellt, dass das Anbringen von Auswuchtmassen, die bezogen auf den Taumelfingerring seitlich zu dem Taumelfinger stehen, eine Unwuchtkraft erzeugt, die dem Taumelmoment des Taumelfingers entgegenwirkt und somit zu einer Reduzierung der Vibrationskräfte führt.
  • Auch bei dieser Variante kann das zwischen der Welle und dem Taumelfingerring angeordnete, schräg stehende Drehlager durch verschiedene Lagertypen realisiert werden, wobei die Wälzlagerung aufgrund der geringeren Reibung und einer hohen Verschleißfestigkeit vorzuziehen ist.
  • Besonders vorteilhaft ist es, wenn zwei Auswuchtmassen vorgesehen sind, die an dem Taumelfingerring, bezogen auf die Mittelachse des Taumelfingerrings, einander gegenüberliegend angeordnet sind. Dabei sollen die Auswuchtmassen mit gleichem Winkelabstand, vorzugsweise mit 90° bezogen auf die Mittelachse des Taumelfingerrings, relativ zu der Anlenkstelle des Taumelfingers stehen.
  • Weiterhin vorteilhaft ist es, wenn der Taumelfingerring mit Ausnahme von der Anlenkstelle, von der aus sich der Taumelfinger erstreckt, und den Bereichen, in denen die zusätzlichen Auswuchtmassen vorgesehen sind, im Wesentlichen rotationssymmetrisch ist. Es hat sich nämlich herausgestellt, dass die Anordnung von Auswuchtmassen in anderen Bereichen als den oben definierten nicht zu einer Verbesserung der Schwingungssituation, sondern eher zu einer Verstärkung der Unwuchtkräfte und damit der Vibrationen führt.
  • Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung werden die beiden oben getrennt voneinander beschriebenen Lösungen der Aufgabe miteinander kombiniert. Das bedeutet, dass das Taumelfingergetriebe zum einen eine Welle aufweist, an der zusätzliche Auswuchtmassen angebracht sind, und zum anderen auch an dem Taumelfingerring Auswuchtmassen in der oben beschriebenen Weise vorgesehen sind. Die Kombination der Auswuchtmassen und die daraus resultierenden Gesamtkräfte und -momente bewirken eine erhebliche Reduzierung der unerwünschten Vibrationen.
  • Diese und weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung werden nachfolgend unter Zuhilfenahme der begleitenden Figuren erläutert. Es zeigen:
    • Fig. 1
    einen schematischen Schnitt durch ein aus dem Stand der Technik bekanntes Taumelfingergetriebe für ein Luftfederschlagwerk;
    Fig. 2
    ein Diagramm mit den zu erwartenden Lagerkräften bei einem nicht erfindungsgemäß ausgestalteten Taumelfingergetriebe;
    Fig. 3
    schematisch ein Taumelfingergetriebe gemäß der Erfindung;
    Fig. 4
    ein Diagramm zur Erläuterung der Reduzierung der Gesamtlagerlasten durch Auswuchtmassen auf der Welle (erste Ausführungsform der Erfindung);
    Fig. 5
    ein Diagramm zur Erläuterung der Lagerlasten bei Unwuchten auf der Welle und auf dem Taumelfingerring (dritte Ausführungsform der Erfindung).
  • Der prinzipielle Aufbau eines Taumelfingergetriebes ist bekannt und wurde bereits oben unter Bezugnahme auf Fig. 1 erläutert. Zur Vermeidung von Wiederholungen wird auf die dortige Beschreibung verwiesen.
  • Bei dem bekannten Taumelfingergetriebe von Fig. 1 treten an den Lagerstellen 3, 4 Lagerlasten auf, die in Fig. 2 anhand eines Beispiels über der Zeit aufgetragen sind. Die Kurve a repräsentiert dabei die Lagerkräfte in Richtung einer Querachse (Horizontalebene), während die Kurve b der Lagerbelastung in Richtung der Maschinenhochachse entspricht. Dabei wird davon ausgegangen, dass der Taumelfinger 12 im Wesentlichen vertikal, also in Richtung der Maschinenhochachse gerichtet ist.
  • Bei Überlagerung der Kurven a und b ergibt sich die Gesamtlagerlast gemäß Kurve c.
  • Das erfindungsgemäße Taumelfingergetriebe wird anhand der schematischen Darstellung von Fig. 3 erläutert.
  • Fig. 3 greift aus Fig. 1 die wesentlichen Bauelemente auf, nämlich die Welle 1, den Taumelfingerring 8 und den Taumelfinger 12. Weiterhin sind die Lagerstellen 3 und 4 symbolisch eingezeichnet. Die detaillierte technische Ausführung kann im Übrigen im Wesentlichen gemäß der Fig. 1 erfolgen.
  • Bei einer ersten Ausführungsform der Erfindung sind an der Welle 1 Auswuchtmassen 20 und 21 vorgesehen, wobei die Auswuchtmasse 20 möglichst nahe (bezogen auf den Axialabstand a) zu der Lagerstelle 3 und die Auswuchtmasse 21 möglichst dicht an der Lagerstelle 4 angeordnet sind. Weiterhin ist in Fig. 3 erkennbar, dass die Auswuchtmassen 20 und 21 bezüglich der Drehachse 7 der Welle gegenüberliegend angeordnet sind. Dadurch erzeugen die Auswuchtmassen 20 und 21 ein Drehmoment um die Achse X, welches dem Taumelmoment des Taumelfingers 12 entgegengerichtet ist.
  • Die Dimensionierung der Auswuchtmassen 20, 21, insbesondere ihre Masse und ihr Abstand von der Drehachse 7 kann der Fachmann durch Versuche leicht ermitteln.
  • Der Abstand a der Auswuchtmasse 20 zu der Lagerstelle 3 und entsprechend der Abstand von der Auswuchtmasse 21 zur Lagerstelle 4 sollte so gering wie möglich sein, um eine maximale Wirkung der Auswuchtmassen 20, 21 zu entfalten. Dies resultiert daraus, dass, je näher die Auswuchtmassen 20, 21 an den Lagerstellen 3, 4 liegen, desto größer das Moment um die X-Achse wird.
  • Die Auswuchtmassen 20, 21 können, wie in Fig. 3 gezeigt, durch Anbringen zusätzlicher Masseelemente gebildet werden. Alternativ dazu kann auch jeweils auf der gegenüberliegenden Wellenseite Material von der welle 1 entfernt werden, um die gewünschte Wucht zu erzeugen. Als Wucht wird dabei generell das Produkt einer Auswuchtmasse mit dem Abstand ihres Schwerpunkts von der Drehachse 7 bezeichnet.
  • Bei geeigneter Dimensionierung und Anordnung der Auswuchtmassen 20, 21 lässt sich die in Fig. 2 gezeigte Gesamtlagerlast c reduzieren. In Fig. 4 wird die Kurve c aus Fig. 2 aufgegriffen. Die Kurve d entspricht dem Verlauf der Gesamtlagerlast, wenn auf der Welle 1 die Auswuchtmassen 20, 21 vorgesehen sind. Die sich daraus ergebende erhebliche Reduzierung der Gesamtlagerlasten ist unmittelbar in Fig. 4 erkennbar.
  • Bei einer zweiten Ausführungsform der Erfindung werden zusätzliche Auswuchtmassen 22 und 23 an dem Taumelfingerring 8 angebracht (Fig. 3). Bei der zweiten Ausführungsform der Erfindung sind jedoch - im Gegensatz zu der Darstellung in Fig. 3 - keine Auswuchtmassen 20, 21 auf der Welle 1 ausgebildet.
  • Die Auswuchtmassen 22, 23 sind einander gegenüberliegend in einem Bereich angeordnet, der jeweils um 90° gegenüber der Anlenkstelle 11 des Taumelfingers 12 versetzt ist.
  • Die Auswuchtmassen 22, 23 führen zu einer Angleichung der maximalen Lagerkräfte in die Hoch- (Y) und Querrichtung (X) der Maschine, wodurch die wirksamen Lagerkräfte vergleichmäßigt werden können. Wie in Fig. 2 gezeigt war, sind die in Maschinenhochachse wirkenden Lagerkräfte (Kurve b) grö-ßer als die Kräfte in Maschinenquerachse (Kurve a).
  • Durch das Aufbringen der Auswuchtmassen 22, 23 ist somit bereits eine Verringerung der unerwünschten Vibrationskräfte erreicht.
  • Bei einer dritten, in Fig. 3 gezeigten Ausführungsform der Erfindung werden die Lehren der oben beschriebenen ersten und zweiten Ausführungsform kombiniert. Das bedeutet, das zunächst durch die Auswuchtmassen 22, 23 am Taumelfingerring 8 die in X- und Y-Richtung wirkenden maximalen Lagerkräfte einander angeglichen werden. Diese Kräfte werden dann durch die Auswuchtmassen 20, 21 auf der Welle 1 weitgehend kompensiert. Es wird schließlich ein Lagerkraftverlauf wie als Kurve e in Fig. 5 dargestellt erwartet.
  • Vergleicht man die Kurve e von Fig. 5 mit der Kurve c von Fig. 2, kann man deutlich erkennen, dass sich die ohne die zusätzlichen Auswuchtmassen 20, 21, 22, 23 bestehenden hohen Vibrationskräfte weitgehend aufheben lassen.
  • Die erste und die zweite Ausführungsform für sich genommen bringen bereits eine erhebliche Verbesserung zur Reduzierung der unerwünschten Vibrationskräfte. Die Kombination der ersten und der zweiten Ausführungsform zu der dritten Ausführungsform erlaubt eine noch weitergehende Schwingungsreduzierung.

Claims (18)

  1. Taumelfingergetriebe, mit
    - einer Welle (1);
    - einem auf der Welle (1) angeordneten, zu einer Drehachse (7) der Welle (1) geneigten Drehlager (5);
    - einem sich von der Drehachse (7) der Welle (1) weg erstreckenden, von dem Drehlager (5) gehaltenen Taumelfinger (12);
    dadurch gekennzeichnet, dass an der Welle (1) wenigstens eine Auswuchtmasse (20, 21) ausgebildet ist.
  2. Taumelfingergetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswuchtmasse (20, 21) derart auf der Welle (1) angeordnet ist, dass sie der konzeptionsbedingten Unwucht des Taumelfingergetriebes entgegenwirkt.
  3. Taumelfingergetriebe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass
    - das Drehlager (5) einen auf der Welle (1) ausgebildeten Innenring (5a) aufweist, mit einer ringförmigen Innenlauffläche (6) für Wälzkörper (10), wobei die Innenlauffläche (6) in einer Ebene liegt, die nicht senkrecht zu der Drehachse (7) der Welle (1) steht;
    - dem Drehlager (5) ein um den Innenring (5a) angeordneter Taumelfingerring (8) zugeordnet ist, mit einer der Innenlauffläche (6) zugeordneten ringförmigen Außenlauffläche (9) für die Wälzkörper (10); und dass
    - sich der Taumelfinger (12) von dem Taumelfingerring (8) radial zu einer Mittelachse (13) des Taumelfingerrings (8) erstreckt.
  4. Taumelfingergetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswuchtmasse (20, 21) durch Entfernen von Material der Welle (1) herstellbar ist.
  5. Taumelfingergetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass
    - die Welle (1) an wenigstens zwei Lagerstellen (3, 4) gelagert ist;
    - wenigstens einer der Lagerstellen (3, 4) eine Auswuchtmasse (20, 21) zugeordnet ist.
  6. Taumelfingergetriebe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass
    - die Welle (1) an zwei Lagerstellen (3, 4) gelagert ist; und dass
    - den Lagerstellen (3, 4) jeweils eine Auswuchtmasse (20, 21) zugeordnet ist.
  7. Taumelfingergetriebe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der axiale Abstand (a) zwischen einer Lagerstelle (3) und der ihr zugeordneten Auswuchtmasse (20) minimal ist.
  8. Taumelfingergetriebe nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die den beiden Lagerstellen (3, 4) zugeordneten Auswuchtmassen (20, 21) bezüglich der Drehachse (7) der Welle (1) gegenüberliegend angeordnet sind.
  9. Taumelfingergetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Taumelfingerring (8) mit Ausnahme von dem Bereich, von dem aus sich der Taumelfinger (12) erstreckt, im wesentlichen rotationssymmetrisch ist.
  10. Taumelfingergetriebe, mit
    - einer Welle (1);
    - einem auf der Welle (1) angeordneten, zu einer Drehachse (7) der Welle (1) geneigten Drehlager (5);
    - einem von dem Drehlager (5) gehaltenen Taumelfingerring (8);
    - einem sich an einer Anlenkstelle (11) von dem Taumelfingerring (8) radial zu einer Mittelachse (13) des Taumelfingerrings (8) erstreckenden Taumelfinger (12);
    dadurch gekennzeichnet, dass an dem Taumelfingerring (8) wenigstens eine Auswuchtmasse (22, 23) in einem Bereich vorgesehen ist, der weder an der Anlenkstelle (11), noch, bezogen auf die Mittelachse (13) des Taumelfingerrings (8), gegenüber von der Anlenkstelle (11) liegt.
  11. Taumelfingergetriebe nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass,
    - das Drehlager (5) einen auf der Welle (1) ausgebildeten Innenring (5a) aufweist, mit einer ringförmigen Innenlauffläche (6) für Wälzkörper (10), wobei die Innenlauffläche (6) in einer Ebene liegt, die nicht senkrecht zu der Drehachse (7) der Welle (1) steht; und dass
    - der Taumelfingerring (8) dem Innenring (5a) zugeordnet ist und eine der Innenlauffläche (6) zugeordnete ringförmige Außenlauffläche (9) für die Wälzkörper (10) aufweist.
  12. Taumelfingergetriebe nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Auswuchtmassen (22, 23) vorgesehen sind, die an dem Taumelfingerring (8) bezogen auf die Mittelachse (13) des Taumelfingerrings (8) einander gegenüberliegend angeordnet sind.
  13. Taumelfingergetriebe nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Auswuchtmassen (22, 23) vorgesehen sind, und dass die Anlenkstelle (11), bezogen auf die Mittelachse (13) des Taumelfingerrings (8), mit gleichem Winkelabstand zu den beiden Auswuchtmassen (22, 23) steht.
  14. Taumelfingergetriebe nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass
    - die eine Auswuchtmasse (22) in einem Bereich des Taumelfingerrings (8) angeordnet ist, der relativ zu der Anlenkstelle (11) des Taumelfingers (12) um +90° bezogen auf die Mittelachse (13) des Taumelfingerring (8) versetzt ist, und dass
    - die andere Auswuchtmasse (23) in einem Bereich des Taumelfingerrings (8) angeordnet ist, der relativ zu der Anlenkstelle (11) des Taumelfingers (8) um -90° bezogen auf die Mittelachse (13) des Taumelfingerring (8) versetzt ist.
  15. Taumelfingergetriebe nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Taumelfingerring (8) mit Ausnahme von der Anlenkstelle (11), von der aus sich der Taumelfinger (12) erstreckt, und den Bereichen, in denen die Auswuchtmassen (22, 23) vorgesehen sind, im wesentlichen rotationssymmetrisch ist.
  16. Taumelfingergetriebe nach einem der Ansprüche 10 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswuchtmasse (22, 23) durch Entfernen von Material des Taumelfingerrings (8) herstellbar ist.
  17. Taumelfingergetriebe nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 9 und wenigstens einem der Ansprüche 10 bis 16.
  18. Taumelfingergetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass eine Auswuchtmasse (20, 21, 22, 23) aus mehreren Auswuchtmasse-Elementen gebildet ist.
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