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Dokumentenidentifikation DE3408964C2 19.01.1989
Titel Werkzeugmaschine mit Wellendämpfungsanordnung
Anmelder Cincinnati Milacron Inc. (eine Ges. n.d. Gesetzen d. Staates Delaware), Cincinnati, Ohio, US
Erfinder Wood III, David Bradford, West Chester, Ohio, US
Vertreter Brose, D., Dipl.-Ing.Dipl.-Wirtsch.-Ing., Pat.-Anw., 8023 Pullach
DE-Anmeldedatum 12.03.1984
DE-Aktenzeichen 3408964
Offenlegungstag 04.10.1984
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 19.01.1989
Veröffentlichungstag im Patentblatt 19.01.1989
IPC-Hauptklasse B23Q 1/08
IPC-Nebenklasse B23B 19/02   B24B 41/04   
Zusammenfassung Eine drehbare Welle (12) wird in einem Lager (17) getragen, welches in einem Ende der Bohrung innerhalb eines Adapters (20) angeordnet ist. Das andere Ende des Adapters (20) ist in einer Maschinenbasis (22) befestigt, so daß der Adapter (20) insgesamt kragarmartig ausgebildet ist. Eine Dämpfungskammer (32) ist zwischen der Maschinenbasis (22) und dem Adapter (20) entlang dem Adapter ausgebildet, und innerhalb der Dämpfungskammer (32) ist ein Dämpfungsmedium vorgesehen, um Vibrationen der kragarmartigen Anordnung zu dämpfen. Bei einer Ausführungsform wird ein viskoses Dämpfungsmedium verwendet, um eine Preßfilmdämpfung zu bewirken. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel ist innerhalb der Dämpfungskammer (32) ein visko-elastisches Dämpfungsmedium vorgesehen.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine Werkzeugmaschine mit einer Maschinenbasis und einer Welle, die in der Maschinenbasis drehbar gelagert ist, wobei eine Wellendämpfungsanordnung vorgesehen ist, die folgendes umfaßt:

  • - einen länglichen Wellenadapter, der einen Lagerdurchmesser nahe seines freien Endes und eine Adapterbefestigungsfläche nahe dem gegenüberliegenden Ende aufweist,
  • - ein Lager, das in dem Lagerdurchmesser angeordnet ist und welches die Welle in diesem Adapter bei einem Wellentragdurchmesser hält,
  • - eine äußere Fläche an der Maschinenbasis und einen Dämpfungshohlraum, der sich in die Basis von der äußeren Fläche zu einem Hohlraumende an der Basis erstreckt,
  • - eine Dämpfungsfläche auf dem Wellenadapter, wobei die Dämpfungsfläche entsprechend dem Basishohlraum ausgebildet ist, und von diesem beabstandet ist, so daß eine langgestreckte Dämpfungskammer gebildet wird, und
  • - ein Dämpfungsmedium in der Dämpfungskammer,


wobei der Wellenadapter an seinem festen Ende kragarmförmig von der Basis getragen wird und an seinem freien Ende das Wellenlager trägt.

Eine Werkzeugmaschine dieser Art ist aus der DE-OS 26 43 846 bekannt. Bei dieser bekannten Konstruktion ist nicht ersichtlich, in welcher Weise die Enden der Welle getragen sind. Es ist jedoch davon auszugehen, daß das hiernach bekannte Dämpfungslager dazu bestimmt ist, bei Wellen angewandt zu werden, die bei bestimmten kritischen Geschwindigkeiten Vibrationen unterliegen. Dem Fachmann ist offensichtlich, daß die maximalen Auslenkbewegungen, die bei solchen kritischen Geschwindigkeiten auftreten, bei einer konventionell gelagerten Welle, d. h. bei einer an beiden Enden gelagerten Welle in der Mitte, bzw. im mittleren Abschnitt der Welle auftreten. Bei der bekannten Konstruktion erstreckt sich die Welle durch die Lagerstruktur hindurch zu nicht dargestellten Punkten nach links und rechts, so daß davon ausgegangen werden muß, daß hier ein drittes Lager beschrieben wird, welches in der Mitte zwischen den beiden Endlagern angeordnet ist, um der maximalen Auslenkamplitude entgegenzuwirken, wenn sich die Welle im kritischen Geschwindigkeitsbereich befindet.

Aus der DE-PS 19 65 302 ist ferner noch eine Konstruktion bekannt, bei welcher ein festes und ein bewegliches Lager vorgesehen ist, welches jedoch in diesem Falle zum Zwecke der Wärmeausdehnung vorgesehen ist.

Allgemein ist man bei Werkzeugmaschinen, insbesondere bei Dreh- und Schleifmaschinen, bei denen das Werkstück in einem Futter an einem freien Ende einer Welle gehalten wird, davon ausgegangen, das dem freien Ende zugeordnete Lager so dicht als möglich an das Futter zu legen und gleichzeitig statisch mit höchster Steifigkeit auszubilden. Eine hohe statische Steifigkeit in diesem Bereich führt jedoch dazu, daß induzierte Vibrationen lediglich durch die Materialeigenschaften aufgefangen werden, wozu beispielsweise kugelgraphithaltiges Gußeisen vorteilhaft ist. Da derartige Anordnungen zunehmend aus geschweißten Stahlkonstruktionen bestehen, fehlen hier die Materialdämpfungseigenschaften, so daß es auf Grund der Vibrationen zu erheblichen Problemen kommen kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine neuartige Werkzeugmaschine zu schaffen, bei welcher im Bereich des Futters optimal Vibrationen gedämpft werden können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Welle an einem freien Ende ein Futter oder dergleichen trägt, daß die Welle in der Nähe dieses freien Endes von der Wellendämpfungsanordnung getragen ist, und daß die Welle am gegenüberliegenden Ende in bekannter Weise innerhalb einer steifen Konstruktion mit hoher, statischer Steifigkeit gelagert ist, wobei sich der Dämpfungshohlraum bis nahe der Adapterbefestigungsfläche an der Maschinenbasis erstreckt und die Dämpfungsfläche auf dem Wellenadapter sich zwischen der Adapterbefestigungsfläche und dem Lagerdurchmesser erstreckt, so daß sich die Dämpfungskammer zwischen dem Lager und der Adapterbefestigungsfläche befindet, so daß Vibrationen an einem Punkt zwischen dem festen und dem freien Ende des Wellenadapters gedämpft werden.

Durch die Erfindung wird daher eine Konstruktion geschaffen, welche eine Antithese zur Praxis einer guten Konstruktion darzustellen scheint, indem nämlich in dem Bereich, in dem bisher höchste statische Festigkeit vorgesehen wurde, bewußt ein "loses Lager" mit der Wellendämpfung vorgesehen wird.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform nach der Erfindung, ist bei Verwendung eines viskosen Dämpfungsmediums die Dämpfungskammer geschlossen und abgedichtet ausgebildet.

Bei einer alternativen Ausführungsform nach der Erfindung kann das Dämpfungsmedium ein visko-elastisches Dämpfungsmedium sein.

Im folgenden wird die Erfindung an Hand einer in der Zeichnung dargestellten Ausführungsform näher erläutert.

Die einzige Figur der Zeichnung ist ein axialer Querschnitt durch das Maschinenkopflager und zeigt eine gedämpfte Wellenlageranordnung.

Es ist eine gedämpfte Wellenlageranordnung 10 dargestellt, wobei in einem typischen Maschinenspindelkasten 11 eine Welle 12 ein freies Ende 13 zum Tragen eines Futters 14 für das Werkstück aufweist, und die Welle 12 ist mit einem Wellenlagerdurchmesser 15 versehen, welcher im inneren Laufkranz 16 eines Doppelreihen-Wälzlagers 17 aufgenommen ist. Das Wälzlager 17 weist einen äußeren Laufkranz 18 auf, welcher innerhalb der Anordnung 10 relativ stationär ist, während der innere Laufkranz 16 mit der Welle 12 rotiert.

Der äußere Laufkranz 18 des Lagers 17 ist in einer Lagerbohrung 19 eines Wellenadapters 20 getragen, welcher im allgemeinen zylindrisch ist und einen äußeren Flansch 21 aufweist, um den Adapter 20 in einer Maschinenbasis 22 zu befestigen. Durch den Adapterflansch 21 sind langgestreckte Kopfschrauben 23 geführt und in Gewindebohrungen 24 am Ende einer erweiterten Bohrung 25 in der Maschinenbasis 22 aufgenommen, so daß eine geringfügige relative seitliche Bewegung der Schrauben 23 aufgrund einer Bewegung des Wellenadapters 20 unter dem Einfluß von Maschinenvibrationen möglich ist.

Ein reduzierter Durchmesser des Wellenadapters 20 bildet eine Dämpfungsfläche 26 und erstreckt sich in einen entsprechenden Dämpfungshohlraum 27 hinein, welcher in die Maschinenbasis 22 eingearbeitet ist, und am Ende 28 des Dämpfungshohlraums 27 befindet sich eine Adapterbefestigungsfläche 29 in festem Sitz innerhalb einer Bohrung 30 in der Maschinenbasis 22, so daß der Wellenadapter 20 eine kragarmartige Halteanordnung für das freie Ende 13 bezüglich der Adapterbefestigungsfläche 29 auf dem Wellenadapter 20 bildet.

An voneinander beabstandeten Stellen sind innerhalb des Dämpfungshohlraums 27 zwei Dichtungen 31 vorgesehen, so daß hierin eine geschlossene Dämpfungskammer 32 gebildet wird. Eine Zugangsbohrung 33 ist durch die Wandung 34 der Maschinenbasis 22 ausgebildet, so daß ein viskoses Medium 35, wie beispielsweise hydraulisches Öl, in die Dämpfungskammer 32 eingeführt und die Kammer 32 gefüllt werden kann. Die Zugangsbohrung 33 wird nach dem Auffüllen verschlossen bzw. verstöpselt.

Die äußere Fläche 36 des Wellenadapters 20 trägt eine Dichtungsträgerkappe 37, welche eine Dichtung 38 aufweist, welche den Wellendichtdurchmesser 39 umgibt, so daß jedwede innere Schmierung, welche für das Lager 17 vorgesehen ist, nach außen nicht verloren geht. Das rückwärtige Ende 40 der Welle 12 ist in konventioneller Weise in einem Wälzlager 41 getragen, welches direkt mittels eines Lageradapters 42 und der rückwärtigen Wand 43 der Maschinenbasis 22 getragen und abgestützt ist.

Es ist daher ersichtlich, daß das rückwärtige Ende 40 der Welle 12 in konventioneller Weise innerhalb einer steifen Konstruktion mit einer hohen statischen Steifheit getragen ist, während das vordere Ende der Welle 12 in einer Art und Weise getragen ist, welche dazu neigt, eine niedrige statische Steifheit zu erzeugen, d. h., wenn die Auslenkung des freien Endes 13 statisch gemessen wird. Diese Art von Befestigung ist aus dem Stand der Technik nicht bekannt, nachdem sie eine Befestigungsanordnung darstellt, welche scheinbar die Antithese der Praxis einer guten Konstruktion ist. Wenn die Dämpfungskammer 32 mit einem viskosen Medium 35 gefüllt ist und es dem Adapter 20 möglich ist, sich bezüglich der Maschinenbasis 22 relativ zu bewegen, d. h. unter dem Einfluß von Maschinenvibrationen und bei hohen Vibrationsraten seitlich abgelenkt zu werden, so werden jedoch tatsächlich die Vibrationen aufgrund des als Preßfilmdämpfung bekannten Phänomens gedämpft, wobei die Relativbewegung zwischen Wellenadapter 20 und Maschinenbasis 22, ständig das Dämpfungsfluid 35 komprimiert und expandiert. Die Gesamtwirkung hiervon besteht darin, daß eine hohe dynamische Steifigkeit erreicht wird, während die Welle 12 rotiert und die spanabhebende Bearbeitung durchgeführt wird.

Bei einer alternativen Ausführungsform kann das viskose Medium 35 innerhalb der Dämpfungskammer 32 durch ein visko-elastisches Dämpfungsmaterial, wie beispielsweise PVC (Polyvinylchlorid), ersetzt werden. Diese Art von Material hat die Eigenschaft, daß es in der Lage ist, Energie aufzubrauchen bzw. zu vernichten, wenn es verlagert bzw. versetzt wird. Die in Dämpfungseinheiten verwendeten visko-elastischen Materialien verhalten sich bis zu einer oberen Belastungsgrenze hinauf ziemlich genau in elastischer Art und Weise, aber sobald diese Obergrenze überschritten wird, fließen sie, bis ihre Fläche zunimmt, und die Belastung nimmt ab, bis sie wieder elastisch werden.

Genau genommen folgt aus dem direkten Ersatz eines viskoelastischen Materials in einen Dämpfer, der für einen Preßfilm ausgelegt ist, eine etwas geringere Dämpfung der Struktur, für bestimmte Anwendungen kann dies jedoch geeignet sein. Die visko-elastischen Materialien können eine Dämpfungsfähigkeit aufweisen, die zwanzigmal höher liegt als diejenige von Gummi, aber der Preßfilmdämpfer kann eine Dämpfungsfähigkeit aufweisen, welche drei- oder viermal höher liegt als diejenige eines visko-elastischen Dämpfers.


Anspruch[de]
  1. 1. Werkzeugmaschine mit einer Maschinenbasis und einer Welle, die in der Maschinenbasis drehbar gelagert ist, wobei eine Wellendämpfungsanordnung vorgesehen ist, die folgendes umfaßt:

    1. - einen länglichen Wellenadapter, der einen Längsdurchmesser nahe seines freien Endes und eine Adapterbefestigungsfläche nahe dem gegenüberliegenden Ende aufweist,
    2. - ein Lager, das in dem Lagerdurchmesser angeordnet ist und welches die Welle in diesem Adapter bei einem Wellentragdurchmesser hält,
    3. - eine äußere Fläche an der Maschinenbasis und einen Dämpfungshohlraum, der sich in die Basis von der äußeren Fläche zu einem Hohlraumende an der Basis erstreckt,
    4. - eine Dämpfungsfläche auf dem Wellenadapter, wobei die Dämpfungsfläche entsprechend dem Basishohlraum ausgebildet ist und von diesem beabstandet ist, so daß eine langgestreckte Dämpfungskammer gebildet wird und
    5. - ein Dämpfungsmedium in der Dämpfungskammer,


  2. wobei der Wellenadapter an seinem festen Ende kragarmförmit von der Maschinenbasis getragen wird und an seinem freien Ende das Wellenlager trägt, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle (12) an einem freien Ende (13) ein Futter oder dergleichen trägt, daß die Welle (12) in der Nähe dieses freien Endes (13) von der Wellendämpfungsanordnung getragen ist, und daß die Welle (12) am gegenüberliegenden Ende (40) in bekannter Weise innerhalb einer steifen Konstruktion (41, 42, 43) mit hoher, statischer Steifigkeit gelagert ist, wobei sich der Dämpfungshohlraum (27) bis nahe der Adapterbefestigungsfläche (29) an der Maschinenbasis (22) erstreckt und die Dämpfungsfläche (26) auf dem Wellenadapter (20) sich zwischen der Adapterbefestigungsfläche (29) und dem Lagerdurchmesser (19) erstreckt, so daß sich die Dämpfungskammer (32) zwischen dem Lager (17) und der Adapterbefestigungsfläche (29) befindet, so daß Vibrationen an einem Punkt zwischen dem festen und dem freien Ende des Wellenadapters (20) gedämpft werden.
  3. 2. Werkzeugmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung eines viskosen Dämpfungsmediums die Dämpfungskammer (32) geschlossen und abgedichtet ausgebildet ist.
  4. 3. Werkzeugmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Dämpfungsmedium ein visko-elastisches Dämpfungsmedium ist.






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