-
Stand der Technik
-
Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Reduktion und/oder Kompensation
von Vibrationen nach der Gattung der unabhängigen Ansprüche.
-
Aus
der bislang unveröffentlichten Patentanmeldung
DE 10 2008 000 677 ist
schon eine Vorrichtung zur Reduktion und/oder Kompensation von Vibrationen,
insbesondere für eine Handwerkzeugmaschine bekannt. Unter „Reduktion
und/oder Kompensation von Vibrationen” sollen dabei insbesondere Maßnahmen
und/oder Mittel und/oder deren Wirkungen verstanden werden, welche
insbesondere in Handwerkzeugmaschinen auftretende, durch innere und/oder äußere
Kräfte verursachten Vibrationen entgegenwirken. Aus
DE 10 2008 000 677 ist
eine Handwerkzeugmaschine, insbesondere ein Bohr- und/oder Meißelhammer,
mit einem repetierenden Schlagantrieb für schlagend antreibbare
Werkzeuge, insbesondere Einsatzwerkzeuge, bekannt, bei der ein, über
eine Huberzeugungsvorrichtung als Antriebsmechanismus antreibbarer,
vorzugsweise repetierend antreibbarer Ausgleichskörper
vorgesehen ist.
-
Der
Ausgleichskörper umfasst dabei einen Hauptkörper
und eine Aufnahmelagervorrichtung auf. Unter dem „Hauptkörper” wird
dabei insbesondere der Teil des Ausgleichskörpers verstanden,
welcher einen vorwiegenden Anteil an einer Gesamtmasse des Ausgleichskörpers
trägt oder definiert. Die Aufnahmelagervorrichtung dient
der Herstellung einer Wirkverbindung zwischen dem Ausgleichskörper
und dem Antriebsmechanismus zum Antreiben des Ausgleichskörpers.
-
Die
aus der
DE 10 2008 000 677 und
dort zitierten Schriften bekannte Aufnahmelagervorrichtung ist als
drehbeweglicher Gelenkbolzen oder Gelenkkugel mit einer Aufnahmebohrung
zur Aufnahme eines Antriebsglieds des Antriebsmechanismus ausgebildet.
Die Aufnahmelagervorrichtung ist dabei derart mit dem Hauptkörper
verbunden, insbesondere im Hauptkörper aufgenommen, dass
im Wesentlichen nur Gelenkbewegung der Aufnahmebohrung möglich ist,
ohne dass die Aufnahmelagervorrichtung eine Position gegenüber
dem Hauptkörper veränderbar ist.
-
Der
Schlagantrieb weist im Beispiel der
DE 10 2008 000 677 mindestens
ein vorwiegend axial repetierend angetriebenes Hubelement und ein
weithin bekanntes Luftfederschlagwerk auf. Die repetierende Bewegung
des Hubelements und die periodisch auftretenden Kraftimpulse des
Luftfederschlagwerks regen die Handwerkzeugmaschine zu Vibrationen
an. Eine Bewegung des Ausgleichskörpers der Handwerkzeugmaschine
nach
DE 10 2008 000 677 ist
dabei in einer Phasenlage zur Bewegung des Hubelements so abgestimmt,
dass durch die Bewegung des Ausgleichskörpers eine periodische
Kraft erzeugt wird, welche als Gegenkraft reduzierend und/oder kompensierend
auf die, die Vibrationen verursachenden Kräfte wirkt.
-
Die
repetierende Bewegung des Ausgleichskörpers folgt zeitlich
dabei im Wesentlichen einer Sinusform, wobei die periodischen Kräfte
insbesondere bei einer Umkehr der Bewegungsrichtung erzeugt werden
und einen impulsartigen Einzelverlauf zeigen.
-
Auf
Grund der Überlagerung verschiedener über eine
Periode des Schlagantriebs auftretender, vibrationsanregender Kräfte,
welche aus dem Schlagantrieb und/oder aus Rückschlägen
der im Betrieb auf das Einsatzwerkzeug aufgebrachten Schlagimpulse
und/oder anderen Quellen herrühren, zu einer vibrationsanregende
Effektivkraft, weist diese Effektivkraft ein komplexes Zeitprofil über
eine Periode auf. In Abhängigkeit von charakteristischen
Unterschieden im Zeitprofil von vibrationsanregender Effektivkraft
und durch den Ausgleichskörper verursachter Gegenkraft,
kann die vibrationskompensierende Wirkung des Ausgleichskörpers
beschränkt sein.
-
Offenbarung der Erfindung
-
Vorteile der Erfindung
-
Die
erfindungsgemäße Vorrichtung mit den Merkmalen
des Hauptanspruchs hat den Vorteil, dass auf einfache und zugleich
kompakte Weise ein Zeitprofil der durch den Ausgleichskörper
der erfindungsgemäßen Vorrichtung, insbesondere
des Hauptkörpers hervorgerufenen Gegenkraft vorteilhaft formt
bzw. verformt werden kann, vorzugsweise an die vibrationsanregende
Effektivkraft anpasst werden kann. Als weiterer Vorteil ist dabei
anzusehen, dass durch die erfindungsgemäße Weiterentwicklung
des Ausgleichskörpers eine geringere Spitzenbelastung des
Antriebsmechanismus erreichbar ist.
-
Unter „relativbeweglich
verbunden” wird dabei insbesondere verstanden, dass die
Aufnahmelagervorrichtung eine veränderbare oder veränderliche Position
bezogen auf den Hauptkörper haben kann. Unter „begrenzt
relativbeweglich verbunden” ist hier insbesondere zu verstehen,
dass eine Bewegung der Aufnahmelagervorrichtung gegenüber
dem Hauptkörper begrenzt, insbesondere in einer Erstreckung oder
Amplitude kleiner ist als eine räumliche Erstreckung des
Ausgleichskörpers und/oder als eine Erstreckung oder Amplitude
einer Bewegung des Ausgleichskörpers ist. Unter „vorgesehen” wird
dabei insbesondere „ausgerüstet sein”, „ausgestattet
sein” oder „ergänzt sein” verstanden.
-
Unter „der
vibrationsanregenden Effektivkraft anpassen” wird dabei
insbesondere verstanden, dass sich die vibrationsanregende Effektivkraft
und die Gegenkraft möglichst weitgehend kompensieren oder
aufheben.
-
Durch
die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen
ergeben sich vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der
im Hauptanspruch angegebenen Merkmale.
-
In
einer besonders wirkungsvollen und zugleich günstig herzustellenden
Ausführung der Vorrichtung ist ein Wirkmittel vorgesehen,
so dass der Hauptkörper sich in mindestens einer Bewegungsrichtung
gegenüber der Aufnahmelagervorrichtung im Wesentlichen
elastisch, insbesondere um eine Ruheposition S0 bewegen kann.
-
In
einer bevorzugten Ausführung kann das Wirkmittel dabei
ein elastisches Element aufweisen, insbesondere ist es vorteilhafterweise
ein elastisches Element. Insbesondere kann das elastische Element ein
Federelement, ein Elastomer, gummiartiges Element oder ein Fluid
sein.
-
In
einer weiteren bevorzugten Ausführung kann das Wirkmittel
mindestens eine Dämpfungselement aufweisen, insbesondere
ein Dämpfungselement sein. Insbesondere kann das Dämpfungselement
ein Federelement, ein Elastomer, gummiartiges Element oder ein Fluid
sein.
-
Eine
besonders bevorzugte Ausführung wird erreicht, wenn das
Wirkmittel sowohl mindestens ein elastisches Element als auch mindestens
ein Dämpfungselement umfasst.
-
Eine
besonders leicht herzustellende Ausführung einer erfindungsgemäßen
Vorrichtung wird dadurch erreicht, dass das Wirkmittel zwischen
dem Hauptkörper und der Aufnahmelagervorrichtung angeordnet
ist. Vorzugsweise stellt das Wirkmittel eine Wirkverbindung zwischen
dem Hauptkörper und der Aufnahmelagervorrichtung her. Insbesondere
verbindet das Wirkmittel den Hauptkörper mit der Aufnahmelagervorrichtung.
Unter „verbinden” wird dabei insbesondere mechanisch
verbunden, adhäsiv verbunden, formschlüssig verbunden,
kraftschlüssig verbunden, verschraubt, verstiftet, verklebt,
magnetisch verbunden verstanden. Dem Fachmann sind weitere Verbindungsformen
bekannt, welche vorteilhaft eingesetzt werden können.
-
In
einer besonders kompakten Ausführung der erfindungsgemäßen
Vorrichtung ist die Aufnahmelagervorrichtung zumindest im Wesentlichen
innerhalb des Ausgleichskörpers angeordnet. Unter „innerhalb” wird
dabei insbesondere verstanden, dass die Aufnahmelagervorrichtung
eine Längs- und Quererstreckung aufweist, welche innerhalb
einer, insbesondere kleiner als eine Längs- und Quererstreckung
des Ausgleichskörpers ist.
-
In
einer bevorzugten Weiterentwicklung der erfindungsgemäßen
Vorrichtung umfasst die Aufnahmelagervorrichtung mindestens ein
Verbindungselement. Das Verbindungselement ist dabei im Wesentlichen
unbeweglich gegenüber dem Hauptkörper an oder
im Ausgleichskörper angeordnet. Unter „im Wesentlichen
unbeweglich” wird dabei insbesondere verstanden, dass das
Verbindungselement eine Beweglichkeit gegenüber dem Hauptkörper
aufweist, welche kleiner, vorzugsweise vernachlässigbar
klein gegenüber einer Beweglichkeit des Hauptkörpers
relativ zum Aufnahmeelement der Aufnahmelagervorrichtung ist. In
einer bevorzugten Ausführung ist das Verbindungselement
hülsenartig, zumindest teilweise hülsenartig ausgebildet.
-
In
einer weiteren vorteilhaften Weiterentwicklung umfasst der Hauptkörper
mindestens zwei, vorzugsweise mehrere Massenkörper. Insbesondere können
die Massenkörper über ein elastisches und/oder
dämpfendes Element miteinander verbunden sein, so dass
eine Art Feder-Masse-Kette gebildet wird.
-
In
einer anderen bevorzugten Weiterentwicklung der erfindungsgemäßen
Vorrichtung zur Reduktion und/oder Kompensation von Vibrationen
umfasst diese eine Führungseinrichtung, mittels welcher
der Ausgleichskörper in wenigstens einer Raumachse geführt
lagerbar ist. In einer besonders wirkungsvollen Ausführung
ist die mindestens eine Raumachse im Wesentlichen parallel, vorzugsweise
koaxial zu einer Hauptschwingungsachse. Unter der „Hauptschwingungsachse” wird
dabei insbesondere eine Raumachse verstanden, entlang welcher ein
dominater Anteil der Vibrationen entsteht und/oder sich ein dominater
Anteil der Vibrationen ausbreitet. Unter einem dominaten Anteil
wird dabei insbesondere ein Anteil von mindestens 50%, vorzugsweise
mindestens 75% an den auftretenden Gesamtvibrationen verstanden.
-
In
einer sehr effektiven Ausführung der erfindungsgemäßen
Vorrichtung ist der Ausgleichskörper durch den Antriebsmechanismus
in mindestens einer Bewegungsachse bezogen auf ein äußeres
Ruhesystem antreibbar. Unter einem „äußeren
Ruhesystem” wird dabei ein Bezugssystem verstanden, dessen
Ursprung außerhalb der erfindungsgemäßen Vorrichtung
liegt. Die Aufnahmelagervorrichtung der erfindungsgemäßen
Vorrichtung lässt dabei mindestens eine Relativbewegung
des Hauptkörpers entlang einer Achse zu, welche im Wesentlichen
parallel zu der Bewegungsachse des Ausgleichskörpers ist.
-
In
einer bevorzugten Weiterentwicklung weicht mindestens eine Bewegungscharakteristik
der Relativbewegung des Hauptkörpers in eine erste Richtung
entlang der Achse von einer Bewegungscharakteristik einer im Wesentlichen
entgegengesetzten Relativbewegung in einer zweiten Richtung entlang
der Achse ab. Unter „Bewegungscharakteristik” wird
dabei insbesondere eine Auslenkung, eine Maximalauslenkung, eine
Geschwindigkeit, eine Beschleunigung und/oder ein Zeitverhalten
verstanden.
-
In
einer weiteren bevorzugten Weiterentwicklung ist mindestens ein
Mittel zur Bewegungsbeeinflussung vorgesehen, welches die Relativbewegung
des Hauptkörpers in eine erste Richtung, insbesondere entlang
der Achse, in mindestens einer Bewegungscharakteristik abweichend
von der im Wesentlichen entgegengesetzten Relativbewegung beeinflusst.
-
Weitere
vorteilhafte Abwandlungen und/oder Weiterentwicklungen können
sich für den Fachmann insbesondere aus der Kombination
der im Vorhergehenden beschriebene Merkmale ergeben.
-
In
einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine vorteilhafte Handwerkzeugmaschine
mit einer Antriebsvorrichtung zum Antrieb eines Werkzeugs, wobei
Vibrationen in der Handwerkzeugmaschine verursacht werden, vorgeschlagen,
welche eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Reduktion
und/oder Kompensation dieser Vibrationen umfasst.
-
In
einer bevorzugten kompakten Ausführung der Handwerkzeugmaschine
ist die Antriebsvorrichtung motorisch, insbesondere elektromotorisch
angetrieben und der Antriebsmechanismus der erfindungsgemäßen
Vorrichtung zur Reduktion und/oder Kompensation von Vibrationen
ist mit der Antriebsvorrichtung wirkverbunden. Insbesondere ist
der Antriebsmechanismus mit der Antriebsvorrichtung gekoppelt.
-
In
einer besonders bevorzugten Ausführung der Handwerkzeugmaschine
umfasst die Antriebsvorrichtung zum Antrieb des Werkzeugs einen Schlagwerksmechanismus,
insbesondere ein Luftfederschlagwerk, durch welchen das Werkzeug
vorwiegend in einer Axialrichtung impulsartig, insbesondere periodisch
impulsartig antreibbar ist. Insbesondere ist die Handwerkzeugmaschine
als ein Bohr- und/oder Meißelhammer ausgebildet.
-
In
einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine erfindungsgemäße
Vorrichtung zur Reduktion und/oder Kompensation von Vibrationen
in einer Handwerkzeugmaschine, insbesondere einer Handwerkzeugmaschine
mit einem motorisch, vorzugsweise elektromotorisch angetriebenen
Werkzeug zur Reduktion und/oder Kompensation von durch eine Antriebsvorrichtung
für den Antrieb des Werkzeugs und/oder durch einen Einsatz
des Werkzeugs hervorgerufenen Vibrationen verwendet oder eingesetzt.
-
Weitere
Vorteile und Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung entnimmt
der Fachmann den im Nochfolgenden dargestellten Figuren sowie der Beschreibung
der Ausführungsbeispiele.
-
Beschreibung der Zeichnungen
-
Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der folgenden Beschreibung
näher erläutert. Es zeigen:
-
1 eine
schematische Darstellung eines Bohr- und/oder Schlaghammers als
Beispiel einer Handwerkzeugmaschine mit einer erfindungsgemäßen
Vorrichtung zur Reduktion und/oder Kompensation von Vibrationen
-
2 eine
schematische Seitendarstellung eines erstes Ausführungsbeispiels
einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Reduktion
und/oder Kompensation von Vibrationen
-
3a eine
schematische Modellansicht der Ausnahmelagervorrichtung nach 2
-
3b eine
schematische Seitenansicht einer Abwandlung der Aufnahmelagervorrichtung
nach 2
-
4a eine
vereinfachte Schemadarstellung des Ausführungsbeispiels
nach 2
-
4b bis 4f je
eine schematische Seitendarstellung eines alternativen Ausführungsbeispiels
der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Reduktion
und/oder Kompensation von Vibrationen nach 2
-
5a bis 5c zeigen
je ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen
Vorrichtung in einer schematischen Seitendarstellung
-
6 eine
Variante des Ausführungsbeispiels nach 2 mit
einem alternativen Antriebsmechanismus.
-
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
-
1 zeigt
einen Bohr- und/oder Meißelhammer 10 als Beispiel
einer Handwerkzeugmaschine mit einer Antriebsvorrichtung 12 zum
Antrieb eines Werkzeugs 14 und einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
zur Reduktion und/oder Kompensation von Vibrationen 100.
Der Bohr- und/oder Meißelhammer 10 weist mindestens
ein Maschinengehäuse 16 auf, an dessen einer Stirnseite 18 ein
Werkzeughalter 20 mit einer nicht dargestellten Werkzeugaufnahme
zur Aufnahme, insbesondere zu wechselbaren Aufnahme des Werkzeugs 14 vorgesehen
ist. Das Werkzeug 14 ist dabei im Werkzeughalter 20 drehend
und/oder schlagenden antreibbar und definiert über eine
Längserstreckung eine Axialrichtung 15. An einem
der Stirnseite 18 gegenüberliegenden Ende 22 ist
im vorliegenden Beispiel am Maschinengehäuse 16 eine
Handgriffvorrichtung 24 vorgesehen. Die Handgriffvorrichtung 24 weist
einen Geräteschalter 26 zu einer Inbetriebnahme
des Bohr- und/oder Meißelhammers 10 auf. Benachbart
zu dem Werkzeughalter 20 ist am Maschinengehäuse 16 ein
Zusatzhandgriff 28 vorgesehen. Dieser kann insbesondere
lösbar, besonders bevorzugt in einer Position und/oder
in einer Ausrichtung veränderbar mit dem Maschinengehäuse 16 verbunden
sein.
-
Die
Antriebsvorrichtung 12 ist im Wesentlichen innerhalb des
Maschinengehäuses 16 angeordnet und nur schematisch
angedeutet dargestellt. Die Antriebsvorrichtung 12 umfasst
einen Motor 30, insbesondere einen Elektromotor 32,
und eine Getriebevorrichtung 34 zur Übertragung
und/oder Übersetzung einer Bewegung des Motors 30, 32 in
Bewegung des Werkzeugs 14 relativ zum Maschinengehäuse 16.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung 100 zur
Reduktion und/oder Kompensation von Vibrationen ist im vorliegenden
Beispiel mit der Getriebevorrichtung 34 wirkverbundenen,
insbesondere direkt mit dieser gekoppelt.
-
Die
Getriebevorrichtung 34 umfasst im Falle des vorliegenden
Bohr- und/oder Meißelhammers 10 einen Schlagwerksmechanismus 36,
insbesondere ein Luftfederschlagwerk 38, wie es dem Fachmann hinlänglich
bekannt ist. Durch den Schlagwerksmechanismus 36, 38 ist
das Werkzeug 14 vorwiegend in der Axialrichtung 15 impulsartig,
insbesondere periodisch impulsartig antreibbar. Im Betrieb des Bohr- und/oder
Meißelhammers 10 verursacht der Schlagwerksmechanismus 36, 38 und/oder
das impulsartig beaufschlagte Werkzeug 14 in einer Rückwirkung
Vibrationen im Bohr und/oder Meißelhammer 10,
insbesondere am Maschinengehäuse 16 und/oder an der
Handgriffvorrichtung 24 und/oder am Zusatzhandgriff 28.
-
Der
Schlagwerksmechanismus 36, 38 umfasst eine Kolbeneinheit 40,
welche axial verschieblich in einem Hammerrohr 42 angeordnet
ist. Die Kolbeneinheit 40 wird dabei über eine
Antriebseinheit 44, welche Teil der Getriebevorrichtung 34 ist,
axial oszillierend im Hammerrohr 42 angetrieben. Im vorliegenden
Beispiel ist die Antriebseinheit 44 als eine Taumeleinheit 46 ausgebildet.
Durch die axial oszillierende Bewegung der Kolbeneinheit 40 werden
sogenannte Massenkräfte hervorgerufen, welche eine Quelle
zur Anregung von Vibrationen im Bohr- und/oder Schlaghammer 10 sind.
-
Im
Hammerrohr 42 ist vor der Kolbeneinheit 40 weiters
eine Schlägereinheit 48 axial verschieblich angeordnet.
Zwischen der Kolbeneinheit 40 und der Schlägereinheit 48 ist
eine Luftfeder 50 vorgesehen. Durch die axial oszillierende
Bewegung der Kolbeneinheit 40 wird die Luftfeder 50 verdichtet
bzw. entspannt, wodurch Druckkräfte entstehen, welche über
die Kolbeneinheit 40 und/oder das Hammerrohr 42 auf
den Bohr- und/oder Schlaghammer 10 übertragen
werden können. Die Druckkräfte können
so ebenfalls als Quelle zur Anregung von Vibrationen im Bohr- und/oder
Schlaghammer 10 verstanden werden.
-
Die
Schlägereinheit 48 wird durch die Druckkräfte
wechselnd in Richtung auf den Werkzeughalter 20 zu oder
von dem Werkzeughalter 20 weg beschleunigt. In einem vorderen
Punkt überträgt die Schlägereinheit 48 einen
Schlagimpuls auf ein nicht gezeigtes Schaftende des Werkzeugs 14.
Dieser Schlagimpulse bereitet sich über das Werkzeug 14 auf
eine Arbeitsspitze hin aus und wird dort auf eine Arbeitsfläche übertragen.
In einer Rückwirkung bereitet sich ein umgekehrter Impuls über
das Werkzeug 14 auf den Werkzeughalter 20 und/oder
die Schlägereinheit 48 aus. Diese umgekehrter
Impuls stellt eine weitere Quelle zur Anregung von Vibrationen im
Rohr- und/oder Schlaghammer 10 dar.
-
Neben
diesen Kräfte sind weitere mögliche Quellen zur
Anregung von Vibrationen im Bohr- und/oder Schlaghammer 10 bekannt. Über
einen Schlagzyklus betrachtet ergibt sich auf Grund der unterschiedlichen
Anregungseigenschaften und/oder Zeitabhängigkeiten ein
komplexer Zeitverlauf einer Vibrationen anregenden Effektivkraft.
-
Neben
der in
1 dargestellten einfachen Ausführung
eines Bohr- und/oder Meißelhammers
10 sind dem
Fachmann weitere Ausführungen bekannt. Insbesondere kennt
der Fachmann alternative und/oder weiterentwickelte Ausführungen
von Luftfederschlagwerken
38. Diese können beispielsweise neben
der Kolbeneinheit
40 und der Schlägereinheit
48 eine
Schlagbolzeneinheit umfassen, welche die Schlagimpulse der Schlägereinheit
48 aufnehmen und
an das Werkzeug
14 weitergeben. Beispielsweise ist aus
DE 10 2006 046 472
A1 ein Luftfederschlagwerk
38a mit einer zusätzlichen
Schlagbolzeneinheit bekannt, auf deren Offenbarung an dieser Stelle
verwiesen wird.
-
Abhängig
von der konkreten Ausführung des Schlagwerksmechanismus 36, 38 ändert
sich die Vibrationen verursachende Effektivkraft und damit Ausprägung
des Vibrationsspektrums nicht jedoch der Wirkmechanismus der erfindungsgemäßen
Vorrichtung 100, so dass die hier gezeigten Ausbildungen von
Schlagwerksmechanismen nur Beispielcharakter haben, welche für
die Erfindung selbst ohne weiteren Einfluss sind.
-
2 zeigt
eine schematische Seitenansicht eines ersten Ausführungsbeispiels
einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 100 zur
Reduktion und/oder Kompensation von Vibrationen. Die Vorrichtung 100 umfasst
einen beweglich gelagerten Ausgleichskörper 102 und
einen Antriebsmechanismus 104. Der Antriebsmechanismus 104 wirkt
der Art auf den Ausgleichskörper 102, dass dieser
durch den Antriebsmechanismus 104 antreibbar, vorzugsweise
repetierend antreibbar ist. In einer bevorzugten Ausführung ist
der Ausgleichskörper geometrisch einfach, beispielsweise
im Wesentlichen zylindrisch oder kubisch ausgeführt.
-
Im
vorliegenden Beispiel ist der Antriebsmechanismus 104 als
ein Taumelscheibenantrieb 106 ausgebildet. Der Taumelscheibenantrieb 106 weist eine über
ein Taumellager 108 auf einer drehend antreibbaren Antriebswelle 110 angeordnete
und durch die Antriebswelle 110 antreibbare Taumelscheibe 112 auf.
An der Taumelscheibe 112 ist ein Taumelfinger 114 vorgesehen.
Die Antriebswelle 110 erstreckt sich dabei entlang einer
Drehachse 116, um welche sie drehend antreibbar ist. Das
Taumellager 108 umfasst Lagerelemente 118, welche
auf einer hier nicht dargestellten, um einen Winkel WT gegenüber
der Drehachse 116 geneigten Lagerbahn laufen. Der Taumelfinger 114 erstreckt
sich in diesem Beispiel radial von der Taumelscheibe 112 im
Wesentlichen in einer Ebene 120 der Lagerbahn. Es können
jedoch auch andere Ausrichtungen des Taumelfingers 114 vorteilhaft
sein, ohne dass dadurch vom Erfindungsgedanken abgewichen würde.
Wird die Antriebswelle 110 nun drehend angetrieben, so
wird eine Drehbewegung 122 der Antriebswelle 110 in
eine im Wesentlichen oszillierende Bewegung 124 des Taumelfingers 114 umgesetzt.
-
Der
Taumelfinger
114 greift mit seinem freien Ende in oder
durch eine in einem Hauptkörper
126 des Ausgleichskörper
102 vorgesehene
Gelenkaufnahme
128 einer Aufnahmelagervorrichtung
130.
Die Gelenkaufnahme
128 kann dabei beispielsweise als ein
Gelenkbolzen
132 eines Schaniergelenks, wie es unter anderem
aus der
DE 10 2008 041 890 bekannt und
in
2 angedeutet ist, oder als eine Gelenkkugel eines
Kugelgelenk ausgeführt sein. Der Hauptkörper
126 ist
im Beispiel nach
2 als elongierter Körper,
beispielsweise als im Wesentlichen quaderförmiger oder
zylindrischer Körper gezeigt, wobei auch andere, dem Fachmann
naheliegende geometrische Gestalten des Hauptkörpers
103 vorteilhaften Ausführungen
der Erfindung ergeben können.
-
3a zeigt
einen schematischen Aufbau und die erfindungsgemäße
Anordnung der Aufnahmelagervorrichtung 130 in einer Modellansicht.
Die Aufnahmelagervorrichtung 130 umfasst dabei den Gelenkbolzen 132,
welcher um eine Schwenkachse 134 in Pfeilrichtung 136 schwenkbar
gelagert ist. Zur schwenkbaren Lagerung des Gelenkbolzens 132 umfasst
die Aufnahmelagervorrichtung 130 zwei, im vorliegenden Beispiel
symmetrisch ausgestaltete Lagerbuchsen 138. Jede Lagerbuchse 138 ist
dabei im vorliegenden Beispiel um jeweils ein Ende des Gelenkbolzens 132 angeordnet.
Die Lagerbuchsen 138 können dabei insbesondere
als Gleit- oder Wälzlager ausgebildet sein. Der Hauptkörper 126 weist
quer zu einer Längserstreckung eine Aufnahmebohrung 140 zur
Aufnahme der Lagerbuchsen 138 auf. Zwischen einer Innenwand 144 der
Aufnahmebohrung 140 und einer äußeren
Mantelfläche 146 der Lagerbuchsen 138 ist
erfindungsgemäß ein elastisches Element 142 als
Beispiel eines Wirkmittels 143 vorgesehen. Das elastische
Element 142 kann dabei vorzugsweise ein Gummielement, ein
Elastomer oder ein aus einem anderen elastischen Werkstoff hergestelltes Element
sein. Vorzugsweise ist das elastische Element 142 mit der
Innenwand 144 und/oder der Mantelfläche 146 verbunden.
Das elastische Element 142 ermöglicht so eine
relative Beweglichkeit der Aufnahmelagervorrichtung 130 zum
Hauptkörper 126 des Ausgleichskörper 102.
Insbesondere kann der Hauptkörper 126 auf diese
Weise eine im Wesentlichen elastische Bewegung um eine durch das
elastische Element vermittelte Ruheposition ausführen.
-
Im
Wesentlichen quer, insbesondere senkrecht zur Aufnahmebohrung 140 weist
der Hauptkörper 126 einen, vorzugsweise durchgehenden
Eingriffsschlitz 148 auf. Der Gelenkbolzen 126 weist eine
Querbohrung 150 zur Aufnahme des Taumelfingers 114 auf,
welcher durch den Eingriffsschlitz 148 in die Querbohrung 150 eingreifen
oder, wie in 3a dargestellt, durchgreifen
kann. In dieser Ausführung ist die Aufnahmelagervorrichtung 130 innerhalb
des Ausgleichskörpers 102, insbesondere innerhalb
eines Volumens angeordnet, welches bei der Pendelbewegung 158 des
Hauptkörpers 126 überstrichen wird. Es
kann jedoch auch vorteilhaft sein, die Aufnahmelagervorrichtung
oberflächennah oder gar vorstehend zum Hauptkörper 126 bzw.
des Ausgleichskörpers 102 anzuordnen.
-
In
einer bevorzugten Anwendung der erfindungsgemäßen
Vorrichtung sind Mittel 152 zur Führung und Lagerungen
des Ausgleichskörpers 102 vorgesehen. In der Ausführung
nach 2 ist der Ausgleichskörper 102 auf
mindestens einem Führungselement 154 in mindestens
einer Bewegungsachse 156 axial beweglich geführt
angeordnet. Die Bewegungsachse 156 erstreckt sich dabei
im Wesentlichen parallel zur Drehachse 116. Wird der Taumelfinger 114 zu
einer oszillierenden Bewegung 124 angeregt, so führt
der Ausgleichskörper 102 eine axial oszillierende
Pendelbewegung 158 in der Bewegungsachse 156 aus.
-
Wird
die Aufnahmelagervorrichtung 130 des Ausgleichskörpers 102 im
Betrieb der erfindungsgemäßen Vorrichtung über
den Taumelfinger 114 zur axial oszillierende Pendelbewegung 158 angeregt, so
wird zunächst das elastische Element 142 in Richtung
der Pendelbewegung 158 elastisch verformt. Erst nach dem
Verstreichen einer sich im Wesentlichen aus der Elastizität
des elastischen Elements 142 und der Trägheit
des Hauptkörpers 126 sich ergebenden Verzögerungszeit
wird auch der Hauptkörper 126 der Pendelbewegung 158 der
Aufnahmelagervorrichtung 130 folgen. Durch die erfindungsgemäße
Aufnahme der Aufnahmelagervorrichtung 130 im Hauptkörper 126 des
Ausgleichskörpers 102 der Vorrichtung 100 wird
erreicht, dass ein Zeitprofil der aus der Bewegung des Hauptkörpers 126 resultierenden
Gegenkraft vorteilhaft geformt bzw. verformt werden kann, vorzugsweise
an die vibrationsanregende Effektivkraft anpasst werden kann. Darüber
hinaus nimmt das elastische Element 142 Belastungsspitzen,
welche insbesondere bei einer Bewegungsumkehr der Pendelbewegung 158 auftreten,
auf, so dass die Bauteile geringeren Belastungen ausgesetzt sind.
Die Dauer der Verzögerungszeit sowie die Belastungsspitzen
glättenden Eigenschaften der erfindungsgemäßen
Vorrichtung können insbesondere durch geeignete Wahl der
Elastizität des elastischen Elements 142, des
zur Verfügung stehenden Bewegungsspielraums der Aufnahmelagervorrichtung 130 relativ
zum Hauptkörper 126 und Masse und/oder Lagerung
des Hauptkörpers 126 variiert werden.
-
Wird
der erfindungsgemäß ausgebildete Ausgleichskörper 102 im
Betrieb der Vorrichtung 100 über den Taumelfinger 114 zu
axial oszillierenden Pendelbewegungen 158 angeregt, reagiert
der Hauptkörper 126 zeitlich verzögert
auf die Bewegung der Aufnahmelagervorrichtung 130. Die
Hauptkörper 126 bildet zusammen mit dem Wirkmittel 143 der
Aufnahmelagervorrichtung 130 ein so genanntes Masse-Feder-System,
dessen Eigenschaften, insbesondere Resonanzeigenschaften dem Fachmann
hinlänglich bekannt sind. Abhängig von einer Frequenz F0
und/oder einer Amplitude A0 der oszillierenden Pendelbewegung Aufnahmelagervorrichtung 130 wird
sich bei dem Hauptkörper 126 ebenfalls eine oszillierende
Pendelbewegung 158 mit variabler Amplitude AZ um die Ruheposition
S0 einstellen. Durchgeeignete Wahl der elastischen Eigenschaften
des Wirkmittels 143 und/oder einer Masse des Hauptkörpers 126 kann
dabei der zeitliche Verlauf der Pendelbewegung 158 des
Hauptkörpers 126 eingestellt werden.
-
In
einer bevorzugten Weiterbildung kann das Wirkmittel 143 auch
neben dem elastischen Element 142 mindestens ein Dämpfungselement
umfassen. Es kann jedoch von Vorteil sein, wenn das Wirkmittel 143 nur
mindestens ein Dämpfungselement umfasst. Geeignete Dämpfungselemente
können dabei aus Elastomeren, thermoplastische Materialien,
Fluiden wie z. B. Ölen oder Gelen oder anderen dem Fachmann
hinlänglich bekannten dämpfenden Elementen bestehen.
-
In
einer in 3b gezeigten besonders bevorzugten
Weiterbildung kann das Wirkmittel 143 von einem zusätzlichen
Verbindungselement 160 umschlossen sein. Insbesondere könnte
in einer Abwandlung des Ausführungsbeispiels nach den 2 und 3a das
Wirkmittel 143 von einer Hülse, vorzugsweise einer
zylindrischen Hülse als Verbindungselement 160 umgeben
sein, welche in der Aufnahmebohrung 140 vorzugsweise unbeweglich
gegenüber dem Hauptkörper 126 angeordnet
ist. Dabei können insbesondere form- und/oder kraftschlüssige Verbindungen
zwischen dem Verbindungselement 160 und der Aufnahmebohrung 140 zum
Einsatz kommen. Diese Ausführung erlaubt vorteilhafterweise
die Montage der erfindungsgemäßen Aufnahmelagervorrichtung 130 als
vormontierte Baugruppe.
-
4a zeigt
der Übersicht halber das aus 2 bekannte
Ausführungsbeispiel in einer weiter vereinfachten Darstellung.
In den 4b bis 4f sind
abweichende Ausführungsbeispiele der im Vorhergehenden
beschriebenen erfindungsgemäßen Vorrichtung 100 gemäß 4a gezeigt.
Im Folgenden wird nur auf die charakteristischen Unterschiede zum
Ausführungsbeispiel nach 2 und 4a eingegangen.
In ihrer Funktionsweise unterscheiden sich die verschiedenen Ausführungen
dabei im Wesentlichen nicht.
-
In
der Ausführung nach 4b ist
das Wirkmittel 143 zur relativbeweglichen, insbesondere
elastischen Abstützung des Gelenkbolzens 132 der
Aufnahmelagervorrichtung 130 zum Hauptkörper 126 des
Ausgleichskörpers 102 als ein Federelement, insbesondere
als ein Wellfederelement 162 ausgeführt. Jeder
Federbogen des Wellfederelements 162 stützt dabei
den Gelenkbolzen 132 elastisch in der Gelenkaufnahme 128 ab.
Das Wellfederelement 162 wirkt dabei wie das bereits beschriebene
elastische Element 142 der Ausführungsform nach 2.
-
In
einer weiteren Ausführungsform nach 4c ist
das Wirkmittel 143 als mindestens ein Blattfederelement 164 ausgeführt.
In der in 4c gezeigten Ausführung
ist der Gelenkbolzen 132 durch zwei Blattfederelemente 164 derart
in der Gelenkaufnahme 128 abgestützt, dass der
Hauptkörper 126 des Ausgleichskörpers 102 insbesondere
in zur oszillierenden Pendelbewegung 158 im Wesentlichen
paralleler Richtung elastisch relativbeweglich ist. Eine derartige
Ausführung hat den Vorteil, das Kräfte quer zu
einer möglicherweise vorgesehenen Axiallagerung des Hauptkörpers 126 verringert
werden, und sich die Relativbeweglichkeit im Wesentlichen nur zwischen
Aufnahmelagervorrichtung 130
und Hauptkörper 126 der
für die Zielsetzung notwendigen Richtung einstellt.
-
4d zeigt
eine weitere Ausführungsvariante, wobei das Wirkmittel 143 durch
vorzugsweise mindestens vier Radialfederelemente 166, welche vorzugsweise
durch im Wesentlichen radial angeordnete Schraubenfedern gebildet
sind, gebildet ist. Die Radialfederelemente 166 sind dabei
zwischen der Gelenkaufnahme 128 und dem Gelenkbolzen 132 angeordnet.
Die Radialfederelemente 166 stützen den Gelenkbolzen 132 in
der Gelenkaufnahme 128 durch Zug- oder Druckkräfte
ab, so dass dieser sich aus einer Ruhelage heraus begrenzt relativ
gegenüber dem Hauptkörper 126 bewegen
kann. In Abhängigkeit von einem Anordnungswinkel und/oder
mindestens einer elastischen Federkenngröße der
Radialfederelemente 166 kann die Relativbeweglichkeit des
Gelenkbolzens 132 gegenüber der Gelenkaufnahme 128 mindestens
eine Vorzugsrichtung aufweisen.
-
4e zeigt
eine weitere Abwandlung der Ausführungsform nach 4a,
wobei das elastische Element 142 und/oder die Gelenkaufnahme 128 einen
von einer Kreisform abweichenden Querschnitt aufweist. In Abhängigkeit
von der konkreten Gestalt des Querschnitts erhält die Relativbeweglichkeit
des Gelenkbolzens 132 gegenüber der Gelenkaufnahme 128 mindestens
eine Vorzugsrichtung. In der hier gezeigten Ausführung
ist der Querschnitt im Wesentlichen elliptisch, wobei die große
Achse im Wesentlichen parallel zur Richtung der oszillierenden Pendelbewegung 158 orientiert
ist. Es kann jedoch auch vorteilhaft sein, eine vom Beispiel abweichende
Gestalt des Querschnitts einzusetzen und/oder eine abweichende Orientierung
der Vorzugsrichtung zu wählen.
-
4f zeigt
eine weitere Variante einer erfindungsgemäßen
Vorrichtung 100. Die erfindungsgemäße
Aufnahmelagervorrichtung 130 weist in dieser Ausführung
mindestens ein, vorzugsweise zwei Federelemente 168 als
Wirkmittel 143 auf. Die Federelemente 168 sind
dabei vorzugsweise als Schraubenfedern ausgebildet. Der Gelenkbolzen 132 ist
in dreh- und/oder schwenkbar in einem Körper 170 ausgenommen.
Der Körper 170 ist dabei axial verschieblich in
der Gelenkaufnahme 128 angeordnet. Vorzugsweise ist der
Körper 170 dabei axial geführt in der
Gelenkaufnahme 128 angeordnet. In der in 4f gezeigten
Ausführung ist der Körper 170 axial verschieblich
zwischen zwei Führungsflächen, welche in der Begrenzung
der Gelenkaufnahme 128 vorgesehen und hier beispielhaft
im Wesentlich einander gegenüber liegend und parallel zu
einander ausgerichtet sind. Dem Fachmann sind hierzu abweichende
Ausführungsformen wie beispielsweise Gleitschienenanordnungen
oder andere Führungsanordnungen bekannt, welche alternativ
für eine erfindungsgemäße Aufnahmelagervorrichtung 130 eingesetzt
werden können. Gemäß 4f stützen
sich die Federelemente 168 mit jeweils einem Ende an der Gelenkaufnahme 128 ab,
während sie mit Ihrem anderen Ende am Körper 170 anliegen,
welcher zwischen den beiden Federelement 168 angeordnet
ist. Auf diese Weise ist der Gelenkbolzen 132 ähnlich den
vorhergehenden Ausführungsformen mindestens in Richtung
der oszillierenden Pendelbewegung 158 begrenzt axial beweglich,
insbesondere auch elastisch beweglich.
-
5a zeigt
eine weitere bevorzugte Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen
Vorrichtung 100. Diese Ausführung weicht von den
im Vorhergehenden beschriebenen Ausführungsformen dahingehend
ab, dass das Wirkmittel 143 im Wesentlichen aus einem elastischen
Material 172, bevorzugt einem Elastomer, gummielastischen
Material oder ähnlichem besteht, und die Aufnahmelagervorrichtung 130 und
den Hauptkörper 126 im Wesentlichen umschließt.
Insbesondere bildet das elastische Material Wesentlichen die Oberfläche
des Ausgleichskörpers 102. Für die erfindungsgemäße
Wirkung ist dabei von besonderer Bedeutung, dass das elastische Material
den Hauptkörper 126 elastisch beweglich und damit
begrenzt relativbeweglich mit der Aufnahmelagervorrichtung verbindet.
In der Funktionsweise unterscheidet sich diese Ausführungsform
im Wesentlichen nicht von den bereits beschriebenen Ausführungsbeispielen.
-
In
einer bevorzugten Weiterbildung des Ausführungsbeispiels
nach 5a umfasst der Hauptkörper 126 in
mindestens zwei, vorzugsweise mehrere Massenkörper 127, 127a.
Die Massenkörper 127, 127a sind im Beispiel
nach 5b von dem elastischen Material 172 umgeben.
Die Massenkörper 127, 127a wirken insbesondere
mit dem zwischen ihnen liegenden Anteil des elastischen Materials
als sogenannte Masse-Federn-Kette, welche wiederum über
das elastische Material 172 mit der Aufnahmelagervorrichtung 130 verbunden,
insbesondere wirkverbunden ist. Analog zu der weiter vorne beschriebenen
Ausbreitung einer Pendelbewegung 124 über die Aufnahmelagervorrichtung 130 und
das Wirkmittel 143 auf den Hauptkörper 126,
welches diesen zu einer oszillierenden Pendelbewegung 158 anregt, werden
in dieser angewandelten Ausführung nach 5b die
beiden Massenkörper 127, 127a zu oszillierenden
Pendelbewegungen 158, 158a angeregt. Die oszillierenden
Pendelbewegungen 158, 158a der Massenkörper 127, 127a verursachen
durch ihre Überlagerung wiederum einen komplexeren zeitlichen
Verlauf der Gegenkraft des Ausgleichskörpers 102 in
der erfindungsgemäßen Vorrichtung 100.
-
Wie
in der beispielhaften Ausführung nach 5b können
die Massenkörper 127, 127a dabei unterschiedliche
geometrische Gestalten und/oder Massen m1, m2 haben. Der Fachmann
wird hierbei wie auch bei der Auswahl und Ausführung des
Wirkmittels 143 zur Herstellung der Wirkverbindung zwischen
den einzelnen Massenkörpern 127, 127a und der
Aufnahmelagervorrichtung 130 für den konkreten Anwendungsfall
optimierte Parameter wählen. Neben den Massenverhältnissen
zwischen den Massenkörpern 127, 127a spielt
die Zahl der Massenkörper und die elastischen Eigenschaft
der jeweiligen Wirkverbindung eine zentrale Rolle, um einen auf den
Anwendungsfall optimierten Verlauf der Gegenkraft zu erzielen.
-
5c zeigt
eine abgewandelte Ausführung der Ausführungsform
nach 5a, wobei das Hauptelement 126 über
ein Federelement 174, insbesondere eine Schraubenfeder
elastisch und damit begrenzt relativbeweglich mit der Aufnahmelagervorrichtung 130 verbunden
ist. In der Funktionsweise unterscheidet sich auch diese Ausführungsform
im Wesentlichen nicht von den bereits beschriebenen Ausführungsbeispielen.
Es kann jedoch auch vorteilhaft sein anstelle oder zusätzlich
zu dem Federelement 174 ein elastisches Element aus einem
elastischen Material 172 und/oder ein Dämpfungselement als
Wirkmittel 143 einzusetzen. Dem Fachmann stehen hierzu
ein Vielfalt von Kombinationsmöglichkeiten zur Verfügung,
welche situationsabhängig vorteilhaft gemäß der
Erfindung eingesetzt werden können.
-
Insbesondere
erhält der Fachmann aus Kombination von Merkmalen der im
Vorangehenden beschriebenen Ausführungsbeispiele weitere
vorteilhafte Ausführungen der erfindungsgemäßen
Vorrichtung 100 zur Reduktion und/oder Kompensation von Vibrationen.
-
Insbesondere
kann es als Weiterbildung der vorhergehend beschriebenen Ausführungsbeispiele vorteilhaft
sein, das Wirkmittel 143 so auszubilden, dass seine Wirkung,
insbesondere die elastische Wirkverbindung zwischen dem Hauptkörper (126) und
der Aufnahmelagervorrichtung (130) von der Bewegungsrichtung
abhängig der Antriebsvorrichtung abhängt. Dies
kann u. a. in Ausführungen nach den 2, 4a, 4e, 5a und/oder 5b durch
gezielte Ausbildung und/oder Anordnung – z. B. lokale Verdichtung – der
als Wirkmittel 143 dienenden elastischen Elemente 142 bzw.
Materialien 172 erreicht werden. In den Ausführungen
nach den 4b, 4c, 4d und/oder 4f können beispielsweise
die Federelemente 162, 164, 166, 168, 174 auf
den entlang der Richtung 156 gesehenen gegenüberliegenden
Seiten der jeweiligen Aufnahmevorrichtung 130 mit unterschiedlichen
elastischen Eigenschaften versehen sein.
-
6 zeigt
eine abgewandelte Ausführung der erfindungsgemäßen
Vorrichtung 100 nach 2, wobei
der Antriebsmechanismus 104 als ein Exzenterantrieb ausgebildet
ist. Derartige Antriebe sind dem Fachmann hinlänglich bekannt
und dienen wie der im Vorhergehenden beschriebene Taumelantrieb der
Umwandlung einer Drehbewegung 122 in eine oszillierende
Axialbewegung 158. Die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen
Vorrichtung 100 entspricht dabei der Wirkungsweise des
ersten Ausführungsbeispiels, so dass auf die vorhergehende
Beschreibung verwiesen wird.
-
Aus
DE 10 2008 000 677 sind
weitere alternative Antriebsmechaniken wie z. B. Nocken-, Kulissen-
oder Hebelsysteme zur Erzeugung einer oszillierenden Axialbewegung
bekannt, welche vorteilhaft in einem Antriebsmechanismus
104 einer
erfindungsgemäßen Vorrichtung
100 eingesetzt
werden können. Die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung
100 entspricht
dabei der Wirkungsweise des ersten Ausführungsbeispiels,
so dass auf die vorhergehende Beschreibung verwiesen wird. Bezüglich der
Beschreibung der alternativen Antriebsmechaniken wird auf die
DE 10 2008 000 677 verwiesen,
welche hiermit ausdrücklich in die Offenbarung mit eingeschlossen
wird. Des weiteren ist es auch denkbar das der Antriebsmechanismus
104 einen
elektromagnetischen, elektromotorischen, piezoelektrischen, magnetostriktiven
oder anderes gearteten Antrieb umfasst, insbesondere aus diesem
besteht.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste
der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert
erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information
des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen
Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- - DE 102008000677 [0002, 0002, 0004, 0005, 0005, 0071, 0071]
- - DE 102006046472 A1 [0046]
- - DE 102008041890 [0050]
