EP1335799A1 - Verstelleinrichtung für unwuchterreger - Google Patents
Verstelleinrichtung für unwuchterregerInfo
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- EP1335799A1 EP1335799A1 EP01997183A EP01997183A EP1335799A1 EP 1335799 A1 EP1335799 A1 EP 1335799A1 EP 01997183 A EP01997183 A EP 01997183A EP 01997183 A EP01997183 A EP 01997183A EP 1335799 A1 EP1335799 A1 EP 1335799A1
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- B06B1/00—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency
- B06B1/10—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of mechanical energy
- B06B1/16—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of mechanical energy operating with systems involving rotary unbalanced masses
- B06B1/161—Adjustable systems, i.e. where amplitude or direction of frequency of vibration can be varied
- B06B1/166—Where the phase-angle of masses mounted on counter-rotating shafts can be varied, e.g. variation of the vibration phase
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- Y10T74/18—Mechanical movements
- Y10T74/18544—Rotary to gyratory
- Y10T74/18552—Unbalanced weight
Definitions
- the invention relates, according to the preamble of claim 1, to an adjusting device for changing a functional parameter in a vibration exciter with at least one rotatable imbalance carried by a shaft which can be driven by rotation, an adjusting element suitable for changing a functional parameter and rotatably mounted on the shaft, an actuator assigned to the actuator.
- within the shaft in the axial direction adjustable and arranged with the shaft rotating adjusting bolt and with a controllable, non-rotating punch for actuating the adjusting bolt.
- Such an adjusting device for an unbalance vibration exciter is known from EP 0 358 744 B1.
- Two shafts parallel to each other and rotatable by a drive motor each carry eccentrically arranged masses. The rotational movement is transmitted in opposite directions from the first shaft to the second shaft.
- the coupling member carries a gear that meshes with a gear on the first shaft.
- the second shaft is hollow and an adjusting bolt can be displaced in the axial direction.
- the adjusting bolt is provided with a pin running at right angles to the shaft axis, which is guided through axially parallel longitudinal slots in the shaft and engages in a helical groove in the inner wall of the coupling member surrounding the shaft.
- the adjusting pin can be moved by a double-acting hydraulic actuator, whereby the pin slides in the helical groove and causes an angular movement of the coupling member relative to the second shaft, which changes the phase position between the two shafts. This allows the direction of a resulting force vector of the vibration to be adjusted.
- the servomotor is arranged in a fixed housing on the vibration exciter and does not take part in the rotation of the shafts, this also applies to the stamp transmitting the actuating force to the rotating actuating pin.
- the positioning force between the punch and the setting pin is therefore transmitted through a roller bearing.
- the diameter of the hollow shaft receiving the adjusting pin which is limited by the spatial conditions, also limits the diameter of the rolling bearing and thus its basic load rating.
- the desire to reduce the construction volume of a vibration exciter or another device with a correspondingly designed actuating device is contrary to the inclusion of a rolling bearing of sufficient load-bearing capacity in the power transmission.
- the sufficient dimensioning of the rolling bearings also sets narrow limits if, for example, you want to shorten the travel by reducing the pitch of the helical groove.
- the connection via a pressure-transmitting roller bearing is relatively expensive to manufacture and assemble.
- the invention is therefore based on the object of specifying an actuating device of the type mentioned at the outset which does not require roller bearings in the area of actuating force transmission, and thus to enable the construction volume and the costs to be reduced.
- the contact surface between the punch and the adjusting pin is approximately concentrated at a point at which the peripheral speed is practically zero in the region of the parts sliding on one another. Rolling bearings are therefore unnecessary.
- the contact surfaces between the spherical contour and the counter surface can be hardened.
- a particularly advantageous embodiment consists in the fact that the adjusting bolt carries a diametrically extending pin which traverses axial longitudinal slots formed in the shaft and engages in a helical groove on the actuator.
- Fig. 1 shows a schematic section through a vibration exciter with two counter-rotating unbalance shafts with a device for switching the unbalance between two different "m.r" values and a device for adjusting the
- Fig. 2 on an enlarged scale compared to Fig. 1, the inventive design of an adjusting device.
- the vibration exciter shown in FIG. 1 has a housing 10 in which two parallel shafts 14 and 16 are mounted via roller bearings 12, each of which has an eccentric mass 18 for generating an unbalance.
- hubs 22 which are pivotable but fixed in the axial direction, are supported by adjusting devices 20 and carry eccentric additional masses 24, by pivoting them relative to mass 18, the eccentricity r of the total mass m producing the unbalance and thus the so-called " mr "value can be changed.
- the adjusting devices 20 are designed in such a way that a torque can be transmitted from the shafts 14 and 16 to the additional masses 24 independently of the actuating movement and these thus participate in the rotation of the shafts 14 and 16, which can be generated by a drive motor M.
- the motor M drives the shaft 14 directly.
- the torque generated is transmitted to a gear 28 by a gear 26 fixedly attached to the shaft 14, which is axially fixed in the same way as the additional mass 22 by means of a hub 30 on the shaft 16 and can be pivoted on the shaft 16 by an adjusting device 20 and independently of it is suitable to transmit the torque to the shaft 16. Due to the gear pair 26 and 28, the shafts 14 and 16 move in opposite directions.
- Each of the adjusting devices 20 u comprises a cylinder 32, which is placed on the housing 10 coaxially to the respective shaft 14 or 16 and in which a piston or plunger 34 is arranged such that it can move axially in such a way that on the side facing away from the shaft 14 or 16 of the piston 34 there is a pressure medium chamber 36 which can be acted upon by a hydraulic medium via a line 38.
- the piston 34 On the side facing away from the pressure medium chamber 36, the piston 34 is provided with a projection 42 arranged centrally to the axis 40 of the shaft 14 or 16, which ends in a spherical contour 44, the apex of which is located on the axis 40.
- the protrusion 42 can be created, for example, by attaching a commercially available ball to the piston 34.
- an adjusting bolt 48 is arranged axially displaceably in a cavity 46 which opens after the shaft end and which, at its end facing the open shaft end and thus the piston 34, is associated with one of the spherical contour 44
- Counter surface 50 is provided. This counter surface 50 crosses the axis 40 at a right angle, so that the spherical contour 44 has a practically punctiform contact with this counter surface 50 in the center of rotation in order to transmit the pressure prevailing in the pressure medium chamber 36 to the adjusting bolt 48.
- the counter surface 50 can be flat, it can also be slightly convex or concave due to design considerations.
- the end face of the piston 34 is essentially flat, while the opposite end face of the adjusting bolt 48 carries the spherical contour 44.
- the adjusting bolt 48 is traversed diametrically by a pin 52 which, with a sliding fit, traverses axially parallel longitudinal slots 54 in the shaft 14 or 16 and fits into a helical groove 56 in a bearing surface 58 of the additional mass 24 or 16 which surrounds the shaft 14 or 16 for pivoting mounting of the gear 28 engages.
- the pin 52 moves accordingly and thereby produces an adjustment movement of the additional mass 24 or the gear wheel 28 about the shaft axis 40.
- the slope of the groove 56 is so selected that the torque transmitted from the gear 26 to the gear 28 generates, via the flank of the groove 56 which runs obliquely to the shaft axis 40, a force component acting in the axial direction on the pin 52 and thus on the adjusting bolt 48, which is directed against the piston 34.
- This force component can be used as a restoring force, i. H. the adjusting movement of the adjusting device 20 is achieved in one direction by the hydraulic medium being acted upon by the pressure medium chamber 36, while the restoring movement can be controlled by lowering the hydraulic pressure and the action of the inertial forces generated when the shafts 14, 16 rotate.
Landscapes
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Abstract
Eine Verstelleinrichtung zur Veränderung eines Funktionsparameters bei einem Schwingungserreger, der weningstens eine von einer drehantreibbaren Welle (14, 16) getragene, rotierbare Unwucht (18, 24) aufweist, ist mit einem zur Veränderung eines Funktionsparameters auf der Welle (14, 16) verdrehbar gelagerten Stellorgan (22, 30) versehen und mit einem dem Stellorgan (22, 30) zugeordneten, innerhalb der Welle (14, 16) in axialer Richtung verstellbaren und mit der Welle rotierend angeordneten Stellbolzen (48). Der durch einen ansteuerbaren, nicht rotierenden Stempel (34) betätigbare Stellbolzen (48) und der Stempel (34) liegen in Achsrichtung der Welle (14, 16) derart aneinander an, dass sich eine ballige Kontur (44) und eine die Rotationsachse (40) der Welle (14, 16) rechtwinklig querende Gegenfläche (50) in deren auf die Rotationsachse (40) bezogenem Zentrum berühren.
Description
Versteileinrichtung für Unwuchterreger
Die Erfindung betrifft nach dem Oberbegriff des Anspruch 1 eine Verstel- leinrichtung zur Veränderung eines Funktionsparameters bei einem Schwingungserreger mit wenigstens einer von einer drehantreibbaren Welle getragenen rotierbaren Unwucht, einem zur Veränderung eines Funktionsparameters geeigneten, auf der Welle verdrehbar gelagerten Stellorgan, einem dem Stellorgan zugeordneten, innerhalb der Welle in axialer Richtung verstellbaren und mit der Welle rotierend angeordneten Stellbolzen und mit einem ansteuerbaren, nicht rotierenden Stempel zum Betätigen des Stellbolzens.
Eine solche VerStelleinrichtung für einen Unwucht-Schwingungserreger ist aus der EP 0 358 744 B l bekannt. Zwei zueinander parallele und über ei- nen Antriebsmotor in Drehbewegung versetzbare Wellen tragen jeweils exzentrisch angeordnete Massen. Die Drehbewegung wird von der ersten Welle gegenläufig auf die zweite Welle übertragen. Das Kopplungsglied trägt ein Zahnrad, das mit einem Zahnrad auf der ersten Welle in Eingriff steht. Die zweite Welle ist hohl und in ihr ist in axialer Richtung ein Stellbolzen verschiebbar. Der Stellbolzen ist mit einem rechtwinklig zur Wellenachse verlaufenden Stift versehen, der durch achsparallele Längsschlitze in der Welle nach außen geführt ist und in eine schraubenförmige Nut in der die Welle umschließenden Innenwandung des Kopplungsgliedes eingreift. Der Stellbolzen kann durch einen doppelt wirkenden hydraulischen Stellmotor verschoben werden, wodurch der Stift in der schraubenförmigen Nut gleitet und eine Winkelbewegung des Kopplungsgliedes relativ zur zweiten Welle verursacht, was die Phasenlage zwischen den beiden Wellen verändert. Dadurch lässt sich die Richtung eines resultierenden Kraftvektors der Schwingung verstellen.
Weil der Stellmotor am Schwingungserreger in einem festen Gehäuse angeordnet ist und an der Rotation der Wellen nicht teilnimmt, gilt dies auch für den die Stellkraft auf den rotierenden Stellbolzen übertragenden Stempel. Es wird deshalb die Stellkraft zwischen dem Stempel und dem Stellbol- zen durch ein Wälzlager übertragen. Der durch die räumlichen Verhältnisse begrenzte Durchmesser der den Stellbolzen aufnehmenden Hohlwelle begrenzt auch den Durchmesser des Wälzlagers und damit dessen Tragzahl.
Insbesondere dem Wunsch nach Reduzierung des Bauvolumens eines Schwingungserregers oder eines anderen Geräts mit einer entsprechenden ausgebildeten Stellvorrichtung steht die Einbeziehung eines Wälzlagers ausreichender Tragfähigkeit in die Kraftübertragung entgegen. Die ausrei- chende Dimensionierung der Wälzlager setzt auch enge Grenzen, wenn man etwa durch Verringerung der Steigung der schraubenförmigen Nut den Stellweg verkürzen will. Es kommt hinzu, dass die Verbindung über ein druckübertragendes Wälzlager relativ kostenintensiv herzustellen und zu montieren ist.
Es liegt deshalb der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Stellvorrichtung der eingangs genannten Art anzugeben, die im Bereich der Stellkraftübertragung ohne Wälzlager auskommt, und damit eine Reduzierung des Bauvolumens und der Kosten zu ermöglichen.
Diese Aufgabe wird nach den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 dadurch gelöst, dass der Stellbolzen und der Stempel in Achsrichtung der Welle aneinander derart anliegen, dass eine ballige Kontur eine die Rotationsachse der Welle rechtwinklig querende Gegenfläche in deren auf die Rotationsachse bezogenem Zentrum berührt.
Dadurch wird die Kontaktfläche zwischen Stempel und Stellbolzen annähernd auf einen Punkt konzentriert, in dem praktisch im Bereich der aufeinander gleitenden Teile die Umfangsgeschwindigkeit Null herrscht. Wälz- lager sind somit entbehrlich. Zur Steigerung der Lebensdauer können die Kontaktflächen zwischen der balligen Kontur und der Gegenfläche gehärtet sein.
Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung besteht darin, dass der Stellbolzen einen diametral verlaufenden Stift trägt, der in der Welle ausgebildete, achsparallele Längsschlitze durchquert und in eine schraubenförmige Nut am Stellorgan eingreift.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprü- chen in Verbindung mit der Beschreibung.
Insgesamt ergeben sich durch die erfindungsgemäße Gestaltung geringere Herstellungskosten durch geringere Materialkosten und geringere Montagekosten, sowie eine größere Funktionssicherheit. Außerdem können größere Kräfte übertragen werden, was wiederum zur Einsparung von wertvollem Bauvolumen führt.
Anhand der nachfolgenden Beschreibung eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels der Erfindung wird diese näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 einen schematischen Schnitt durch einen Schwingungserreger mit zwei gegenläufig rotierenden Unwuchtwellen mit einer Einrichtung zum Umstellen der Unwucht zwischen zwei unterschied- liehen "m.r"-Werten und einer Einrichtung zur Verstellung der
Phasenlage der beiden Unwuchtwellen, und
Fig. 2 in einem gegenüber Fig. 1 vergrößertem Maßstab die erfindungsgemäße Ausgestaltung einer Versteileinrichtung.
Einander gleiche oder entsprechende Elemente sind nachfolgend durch gleiche Bezugszeichen gekennzeichnet.
Der in Fig. 1 gezeigte Schwingungserreger besitzt ein Gehäuse 10, in dem über Wälzlager 12 zwei zueinander parallele Wellen 14 und 16 gelagert sind, die jeweils jede eine exzentrische Masse 18 zur Erzeugung einer Unwucht aufweisen. Auf beiden Wellen 14 und 16 sind durch Versteileinrichtungen 20 verschwenkbare, jedoch in axialer Richtung fixierte Naben 22 gelagert, die exzentrische Zusatzmassen 24 tragen, durch deren Ver- Schwenkung gegenüber der Masse 18 die Exzentrizität r der die Unwucht erzeugenden Gesamtmasse m und damit der sogenannte "m.r"- Wert verändert werden kann. Wie noch genauer beschrieben wird, sind die Versteileinrichtungen 20 derart gestaltet, dass unabhängig von der Stellbewegung ein Drehmoment von den Wellen 14 bzw. 16 auf die Zusatzmassen 24 über- tragen werden kann und diese somit an der Rotation der Wellen 14 und 16 teilnehmen, die durch einen Antriebsmotor M erzeugbar ist.
Der Motor M treibt unmittelbar die Welle 14 an. Das erzeugte Drehmoment wird durch ein drehfest auf der Welle 14 angebrachtes Zahnrad 26 auf ein Zahnrad 28 übertragen, das in gleicher Weise wie die Zusatzmasse 22 mittels einer Nabe 30 auf der Welle 16 axial fixiert gelagert und durch eine Versteileinrichtung 20 auf der Welle 16 verschwenkbar und unabhängig davon geeignet ist, das Drehmoment auf die Welle 16 zu übertragen. Aufgrund des Zahnradpaares 26 und 28 bewegen sich die Wellen 14 und 16 gegenläufig. Nach einer Drehung von jeweils 180° sind die Kraftvektoren der Unwuchten beider Wellen parallel und gleichgerichtet, es tritt das Schwingungsmaximum auf. Wird in bekannter Weise die Phasenlage beider Wellen 14 und 16 durch Verstellen des Zahnrads 28 verändert, ändert sich entsprechend die Wirkungsrichtung des Schwingungsmaximums, d. h. die Richtung eines resultierenden Kraftvektors wird verstellt.
Jede der VerStelleinrichtungen 20 u fasst einen auf das Gehäuse 10 koaxial zur jeweiligen Welle 14 bzw. 16 aufgesetzten Zylinder 32, in dem axial beweglich ein Kolben oder Stempel 34 beweglich derart angeordnet ist, dass sich auf der von der Welle 14 bzw. 16 abgewandten Seite des Kolbens 34 eine Druckmittelkammer 36 befindet, die über eine Leitung 38 mit ei- nem Hydraulikmedium beaufschlagbar ist. Auf der von der Druckmittelkammer 36 abgewandten Seite ist der Kolben 34 mit einem zur Achse 40 der Welle 14 bzw. 16 zentrisch angeordneten Vorsprung 42 versehen, der in einer balligen Kontur 44 endet, deren Scheitelpunkt sich auf der Achse 40 befindet. Der Vorsprung 42 kann beispielsweise geschaffen werden, in- dem man eine im Handel erhältliche Kugel am Kolben 34 befestigt.
Im Inneren der jeweiligen Welle 14 bzw. 16 ist in einem sich nach dem Wel- len-ende öffnenden Hohlraum 46 axial verschiebbar ein Stellbolzen 48 angeordnet, der an seinem dem offenen Wellenende und damit dem Kolben 34 zugewandten Ende mit einer der balligen Kontur 44 zugeordneten Gegenfläche 50 versehen ist. Diese Gegenfläche 50 quert die Achse 40 rechtwinklig, sodass die ballige Kontur 44 im Rotationszentrum einen praktisch punkt- förmigen Kontakt mit dieser Gegenfläche 50 hat, um den in der Druckmittelkammer 36 herrschenden Druck auf den Stellbolzen 48 zu übertragen. Die Gegenfläche 50 kann plan ausgebildet sein, sie kann aufgrund konstruktiver Überlegungen auch leicht konvex oder konkav ausgebildet sein.
Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist die Stirnfläche des Kolbens 34 im Wesentlichen plan, während die gegenüberliegende Stirnfläche des Stellbolzens 48 die ballige Kontur 44 trägt.
Der Stellbolzen 48 wird diametral von einem Stift 52 durchquert, der mit Gleitsitz ihm zugeordnete achsparallele Längsschlitze 54 in der Welle 14 bzw. 16 durchquert und in eine schraubenförmige Nut 56 in einer zur Schwenklagerung die Welle 14 bzw. 16 umschließenden Lagerfläche 58 der Zusatzmasse 24 bzw. des Zahnrads 28 eingreift.
Wird durch das Hydraulikmedium in der Druckmittelkammer 36 der Kolben 34 in Fig. 2 nach rechts bewegt, bewegt sich der Stift 52 entsprechend und erzeugt dadurch eine Verstellbewegung der Zusatzmasse 24 bzw. des Zahnrads 28 um die Wellenachse 40. Die Steigung der Nut 56 ist so ge- wählt, dass das vom Zahnrad 26 auf das Zahnrad 28 übertragene Drehmoment über die zur Wellenachse 40 schräg verlaufende Flanke der Nut 56 eine in axialer Richtung wirkende Kraftkomponente am Stift 52 und damit am Stellbolzen 48 erzeugt, die gegen den Kolben 34 gerichtet ist. Diese Kraftkomponente kann als Rückstellkraft eingesetzt werden, d. h. die Stell- bewegung der Versteileinrichtung 20 wird in einer Richtung durch die Beaufschlagung der Druckmittelkammer 36 mit Hydraulikmedium erreicht, während die Rückstellbewegung durch Absenkung des Hydraulikdrucks und Einwirken der bei Rotation der Wellen 14, 16 entstehenden Trägheitskräfte steuerbar ist.
Claims
1. Versteileinrichtung zur Veränderung eines Funktionsparameters bei einem Schwingungserreger, mit - wenigstens einer von einer drehantreibbaren Welle ( 14, 16) getragenen rotierbaren Unwucht ( 18, 24); einem zur Veränderung eines Funktionsparameters geeigneten, auf der Welle ( 14, 16) verdrehbar gelagerten Stellorgan (22, 30); einem dem Stellorgan (22, 30) zugeordneten, innerhalb der Welle ( 14, 16) in axialer Richtung verstellbaren und mit der Welle rotierend angeordneten Stellbolzen (48); und mit einem ansteuerbaren, nicht rotierenden Stempel (34) zum Betätigen des Stellbolzens (48); dadurch gekennzeichnet, dass der Stellbolzen (48) und der Stempel (34) in Achsrichtung der Welle ( 14, 16) aneinander derart anliegen, dass eine ballige Kontur (44) eine die Rotationsachse (40) der Welle ( 14, 16) rechtwinklig querende Gegenfläche (50) in deren auf die Rotationsachse (40) bezogenem Zentrum berührt.
2. Versteileinrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die ballige Kontur (44) am Stempel (34) angeordnet ist.
3. VerStelleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die ballige Kontur (44) durch eine am Stempel (34) bzw. am Stellbolzen (48) befestigte Kugel gebildet wird.
4. Versteileinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gegenfläche (50) leicht gekrümmt ausgebildet ist.
5. Versteileinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stellbolzen (48) einen diametral verlaufenden Stift (52) trägt, der in der Welle ( 14, 16) ausgebildete, achsparallele Längsschlitze (54) durchquert und in eine schraubenförmige Nut (56) am Stellorgan (22, 30) eingreift.
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