DE102008017457A1

DE102008017457A1 - Rundtischlageranordnung

Info

Publication number: DE102008017457A1
Application number: DE102008017457A
Authority: DE
Inventors: Wolfram Dr. Kruhöffer; Gordana Dr. Michos; Martin Schreiber
Original assignee: Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2008-04-05
Filing date: 2008-04-05
Publication date: 2009-10-08

Abstract

Rundtischlageranordnung umfassend ein Axial-Radial-Rundtischlager mit einem inneren Laufringteil und einem äußeren, im Querschnitt U-förmigen und das innere Laufringteil aufnehmenden Gegenlaufringteil, wobei zwischen dem Laufringteil und dem Gegenlaufringteil jeweils Wälzkörper auf Laufbahnen des Laufringteils und des Gegenlaufringteils abwälzen, wobei das innere Laufringteil mit einem feststehenden Lagerelement und das Gegenlaufringteil mit einem drehzulagernden Lagerelement zu verbinden ist, oder umgekehrt, dadurch gekennzeichnet, dass ein dem Rundtischlager (4) parallel zu schaltendes weiteres ringförmiges Axiallager (12) vorgesehen ist, das mit einem Lagerelement (2) direkt und mit dem anderen Lagerelement (3) über ein oder mehrere zwischengeschaltete, axial wirkende Dämpfungselemente (13) zu koppeln ist.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Rundtischlageranordnung umfassend ein axial-radial-Rundtischlager mit einem inneren Laufringteil und einem äußeren, im Querschnitt U-förmigen und das innere Laufringteil aufnehmenden Gegenlaufringteil, wobei zwischen dem Laufringteil und dem Gegenlaufringteil jeweils Wälzkörper auf Laufbahnen des Laufringteils und des Gegenlaufringteils abwälzen, wobei das innere Laufringteil mit einem feststehenden Lagerelement und das Gegenlaufringteil mit einem drehzulagernden Lagerelement zu verbinden ist, oder umgekehrt
Hintergrund der Erfindung
Rundtischlager werden in Werkzeugmaschinen für die axiale und radiale Lagerung von Rundtischen eingesetzt. Bei einem solchen Lager handelt es sich um ein kombiniertes axial-radial-Lager. Solche Lager sind durch eine hohe Steifigkeit und eine geringe Dämpfung charakterisiert. Eine zunehmende Steigerung der Zerspanungsleistung bzw. der Bearbeitung von schwer zu zerspanenden Materialien führt verstärkt zu Ratterschwingungen, die sich negativ sowohl auf die Bearbeitungsqualität als auch auf die Standfestigkeit der Werkzeugmaschine auswirken. Einerseits zeigen sich am Werkstück entsprechende schwingungsbedingte Bearbeitungsspuren, andererseits führen diese Ratterschwingungen zu einer beachtlichen Werkzeug- und Maschinenbelastung. Das Rundtischlager selbst ist auf hohe Steifigkeit ausgelegt, weshalb seine eigene Dämpfung sehr gering ist. Um hier dennoch Abhilfe zu schaffen, ist es beispielsweise aus DE 101 51 263 A1 bekannt, durch eine entsprechende Ausgestaltung eines Wälzkörperkäfigs eines solchen Lagers eine Fluiddämpfung zu ermöglich. Hierzu ist zwischen einander zugewandten Stirnseiten der beiden der axialen Führung dienenden Käfige und der jeweiligen Gegenlaufringteile ein nach außen hin über ein Dichtelement abgedichteter Spalt ausgebildet, der mit einer Dämpfungsflüssigkeit gefüllt ist. Hierüber kann eine gewisse Reduzierung der Schwingungsübertragung erreicht werden. Jedoch sind bei dem dortigen Rundlager beachtliche Vorkehrungen zur Gewährleistung der Dichtheit des aufgrund seiner geringen Spaltweite von bevorzugt 5–50 μm schwer herauszuarbeitenden Spalts zu treffen, im Übrigen ist die Dämpfungswirkung relativ gering.
Zusammenfassung der Erfindung
Der Erfindung liegt damit das Problem zugrunde, eine Rundtischlagerung anzugeben, die eine verbesserte Dämpfung bietet.
Zur Lösung dieses Problems ist bei einer Rundtischlageranordnung umfassend ein axial-radial-Rundtischlager erfindungsgemäß ein dem Rundtischlager parallel zu schaltendes weiteres ringförmiges Axiallager vorgesehen, das mit einem Lagerelement direkt und mit dem anderen Lagerelement über ein oder mehrere zwischengeschaltete, axial wirkende Dämpfungselemente zu koppeln ist.
Erfindungsgemäß wird die Integration eines weiteren Axiallagers vorgeschlagen, das mit einer axial wirkenden Dämpfungseinrichtung gekoppelt ist. Das Axiallager ist parallel zum Rundtischlager bzw. dessen Axiallagerkomponente geschaltet, so dass etwaige Axialkräfte, die das Rundtischlager beaufschlagen und zu den bekannten Ratterschwingungen führen würden, auch das zusätzlich vorgesehene ringförmige Axiallager beaufschlagen, wo sie jedoch über die Dämpfungseinrichtung und die dort erfolgende Energievernichtung, die hier beispielsweise aus einer Materialdämpfung oder einer Fluiddämpfung resultiert, gedämpft werden. Neben Axialschwingungen können hierüber selbstverständlich auch Kippschwingungen bei über die Rundtischlageranordnung gelagerten rotierenden Systemen bedämpft werden. Infolge der Anordnung eines zusätzlichen Axiallagers in Verbindung mit einem oder mehreren Dämpfungselementen kann darüber hinaus die Dämpfung der gesamten Rundtischlageranordnung durch entsprechende Wahl der mechanischen Eigenschaften des oder der Dämpfungselemente optimiert werden. Eine Auslegung der Dämpfung an bestimmte Randbedingungen respektive Vorgaben ist mit besonderem Vorteil möglich.
Insgesamt lässt sich durch die Integration des zusätzlichen Axiallagers in Verbindung mit dem oder den Dämpfungselementen eine sehr gute Dämpfung der nachteiligen Schwingungen erreichen, was zu einer bessere Bearbeitungsqualität wie einer geringeren Werkzeugbeanspruchung führt. Gleichzeitig bleibt die erforderliche Steifigkeit der Tischlagerung erhalten, da das axial-radial-Rundlager keine Veränderung erfährt, also hinsichtlich seiner optimalen hohen Steifigkeit unverändert bleibt. Die Dämpfung erfolgt letztlich allein im zusätzlichen Axiallager, das wie beschrieben hinsichtlich seiner Dämpfungswirkung entsprechend ausgelegt werden kann, wie das Lager in Verbindung mit dem oder den Dämpfungselement auch für höhere Drehzahlen ausgelegt werden kann, so dass auch kombinierte Dreh-Fräß-Bearbeitungen mit guter Dämpfung möglich sind.
Das oder die Dämpfungselemente sind zumindest teilweise aus einem elastischen Material, wobei sich hierfür primär ein Kunststoff, insbesondere ein Elastomer anbietet. Die Dämpfung beruht hier also auf einer Energievernichtung durch die Materialdeformation, die aus in das oder die Dämpfungselemente eingeleiteten Kräften resultiert. Dabei ist es offensichtlich, dass die Dämpfungswirkung natürlich in einem weiteren Bereich durch entsprechende Materialwahl eingestellt werden kann. Alternativ ist auch der Einsatz von Squeeze-Film-Dämpfern, also von Fluidämpfern, denkbar.
Während grundsätzlich die Verwendung nur eines einstückigen, also aus einem einzigen Material bestehenden Dämpfungselements möglich ist, sieht eine zweckmäßige Weiterbildung auch den Einsatz eines in Sandwichbauweise aufgebauten Dämpfungselements vor, das aus wenigstens einer Lage aus dem elastischen Material und wenigstens einer Lage aus einem demgegenüber festeren Material, insbesondere einem Metall besteht. Es ist also denkbar, einen abwechselnden Aufbau aus einem Dämpfungsmaterial und einem härteren Trägermaterial wie beispielsweise einem Metallband zu realisieren.
Weiterhin sieht eine vorteilhafte Erfindungsausgestaltung vor, ein Dämpfungselement in Form eines Dämpfungsrings zu verwenden. D. h., dass hier nur ein Dämpfungselement eingesetzt wird, das an jeder Stelle das Axiallager gedämpft auflagert. Alternativ dazu wäre selbstverständlich denkbar, mehrere Dämpfungselemente, die nach Art von Kreisringabschnitten ausgeführt sind, zu verwenden, so dass das Axiallager nicht über seine gesamte Kreisringlänge, sondern dort nur abschnittsweise aufgelagert ist.
Das oder die Dämpfungselemente sind zweckmäßigerweise fest mit dem Axiallager verbunden, insbesondere kann das Axiallager auch in das oder die Dämpfungselemente eingebettet sein. Diese Erfindungsausgestaltung bietet die Ausbildung eines quasi einstückigen Bauteils, gebildet durch das Axiallager mit dem oder den fest damit verbundenen Dämpfungselementen, was aus Montagegründen zweckmäßig ist.
Das Axiallager selbst ist zweckmäßigerweise direkt mit dem drehzulagernden Lagerelement zu verbinden respektive in der Montagestellung verbunden, so dass es unmittelbar über das drehzulagernde Lagerelement mit etwaigen Schwing- oder Kippkräften beaufschlagt wird. Das oder die Dämpfungselemen te sind also über das ringförmige Axiallager von der bewegten Fläche, also dem drehzulagernden Lagerelement, entkoppelt. Damit die Schwingungen in das Dämpfungselement eingeleitet werden können, wird das Axiallager vorteilhafterweise unter leichter Vorspannung betrieben, d. h., das Axiallager ist vorgespannt.
Während das Axiallager grundsätzlich Wälzkörper unterschiedlichen Typs aufweisen kann, ist es zweckmäßigerweise als Kugellager ausgeführt, was dahingehend von Vorteil ist, als die Punktberührung der Kugeln zu einer sehr geringen Lagerreibung führen. Jedoch ist auch der Einsatz eines Rollenlagers mit einer hinreichenden Steifigkeit denkbar.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
1 eine Perspektivansicht im Schnitt einer erfindungsgemäßen Rundtischlageranordnung, integriert in ein Maschinengestell mit drehzulagerndem Rundtisch,
2 eine vergrößerte Detailansicht aus 1, und
3 eine vergrößerte Detailansicht einer Rundtischlageranordnung, bei der das Dämpfungselement an der anderen Seite des Axiallagers angeordnet ist.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnung
1 zeigt eine erfindungsgemäße Rundtischlageranordnung 1 im montierten Zustand, über die ein Rundtisch 2, der das drehzulagernde Lagerelement darstellt, an einem Maschinengestell 3, das das feststehende Lagerelement darstellt, drehgelagert ist. Die erfindungsgemäße Rundtischlageranordnung um fasst dabei ein ringförmiges axial-radial-Rundtischlager 4, bestehend aus einem äußeren, im Querschnitt im Wesentlichen U-förmigen Gegenlaufringteil 5, das im gezeigten Beispiel radial nach außen öffnet. Es besteht üblicherweise aus zwei Bauteilen, die über eine hier nur gestrichelt gezeigte Schraubverbindung 6 miteinander verbunden sind, wobei über die Schraubverbindungen 6 das Gegenlaufringteil 5 auch mit dem Rundtisch 2 verbunden wird. In die U-förmige Aufnahme des Gegenlaufringteils 5 ist ein ringförmiges inneres Laufringteil 7 eingesetzt, das am Gegenlaufringteil über zwei Axiallager 8, 9 und ein Radiallager 10 in an sich bekannter Weise axial und radial gelagert ist. Das innere Laufringteil 9 wird über eine Vielzahl von Schraubverbindung 21 mit dem Maschinengestell 3 lagefest verbunden. D. h., dass das Gegenlaufringteil 5 über die Axiallager 8, 9 und das Radiallager 10 relativ zum feststehenden Laufringteil 7 drehgelagert ist. Der Aufbau des Rundtischlagers 4 ist dem Grunde nach bekannt und muss deshalb nicht weiter detailliert beschrieben werden.
Die Lageranordnung 1 umfasst ferner eine dem Rundtischlager 2 parallel geschaltete, axial wirkende kombinierte Feder-Dämpfer-Einrichtung 11 bestehend aus einem ringförmigen Axiallager 12 und einen dieses tragenden Dämpfungselement 12. Das ringförmige Axiallager 12 umfasst einen oberen Laufring 14 sowie einen unteren Laufring 15, wobei der obere Laufring 14 über entsprechende Schraubverbindungen 16 mit dem Rundtisch 2 verbunden ist und über in bekannter Weise in einem Käfig gehaltene Wälzkörper 17, hier Kugeln, relativ zum unteren Laufring 15 drehgelagert ist. Der Laufring 15 seinerseits ist vorzugsweise fest mit dem Dämpfungselement 13 verbunden, das hier ringförmig ist, also als einteiliges Dämpfungselement ausgeführt ist und das Axiallager 12 auf seiner gesamten Fläche trägt. Das Dämpfungselement 13 besteht zumindest teilweise aus einem elastischen Material, wobei im gezeigten Beispiel ein Mehrschicht-Aufbau gezeigt ist, bestehend aus dämpfenden Materialschichten 18, z. B. einem Elastomer, zwischen die jeweils Lagen 19 aus einem festeren Material, beispielsweise einem Metallband, aus Stabilitätsgründen gesetzt sind. Es ergibt sich also eine Sandwich-Bauweise des Dämpfungselements 13, das seinerseits auch hier über entsprechend Schraubverbindungen 20 mit dem Maschinengestell 3 verbunden ist. Diese Sandwich-Bauweise in der beschriebenen Form ist jedoch nur optional. Selbstverständlich ist es auch denkbar, das ringförmige Dämpfungselement einteilig respektive einstückig aus dämpfendem, elastischem Kunststoffmaterial ohne separate Metalleinlagen zu fertigen.
3 zeigt schließlich eine erfindungsgemäße Ausführung einer Rundtischlageranordnung, die vom grundsätzlichen Aufbau her der Rundtischlageranordnung aus den 1 und 2 entspricht. Jedoch ist hier das Dämpfungselement, bei dem es sich exemplarisch ebenfalls um ein in Sandwich-Bauweise aufgebautes Dämpfungselement handelt, am oberen Laufring 14 des ringförmigen Axiallagers 12 angeordnet bzw. fest mit diesem verbunden.
Die Anordnung des Axiallagers 12 innerhalb der Rundtischlageranordnung in ihrer Montagestellung, wie sie in den Figuren gezeigt ist, ist dabei derart, dass das Axiallager 12 axial vorgespannt ist. Dies ermöglicht es, die rundtischseitigen Schwingungen in das Dämpfungselement 13 einzuleiten. Das Dämpfungselement 13 ist, nachdem das Axiallager 12 unmittelbar unterhalb des Rundtischs 2 vorgesehen ist, vom Rundtisch 2 selbst entkoppelt.
Die Steifigkeit der Rundtischlagerung selbst ist nach wie vor in hohem Maße gegeben, sie wird allein über das Rundtischlager 4 definiert. Die Parallelschaltung der Feder-Dämpfer-Einrichtung 11 bestehend aus dem sehr leichtgängigen, nur eine geringere innere Lagerreibung aufweisenden Axiallager 12 und dem Dämpfungselement 13 bietet eine sehr gute Schwingungsdämpfung, nachdem durch die hier realisierte Materialdämpfung über die weichen, elastischen Materialabschnitte des Dämpfungselements viel Schwingungsenergie vernichtet werden kann, nachdem das Axialkugellager 12 in das Dämpfungselement 13 eingebettet ist respektive unmittelbar mit diesem gekoppelt ist.
Als Dämpfungselement 13 ist exemplarisch ein Materialdämpfer beschrieben, der gegebenenfalls in Sandwich-Bauweise mit Metalleinlagen ausgeführt ist. Denkbar wäre es aber auch, stattdessen einen Fluiddämpfer, auch Squeeze- Film-Dämpfer genannt, zu verwenden. Solche Dämpfer arbeiten in an sich bekannter Weise mit einem Fluid, z. B. einem Öl oder einer magneto-rheologischen oder elektro-rheologischen Flüssigkeit.

1: Rundtischlageranordnung
2: Rundtisch
3: Maschinengestell
4: axial-radial-Rundtischlager
5: Gegenlaufringteil
6: Schraubverbindung
7: Laufringteil
8: Axiallager
9: Axiallager
10: Radiallager
11: Feder-Dämpfer-Einrichtung
12: Axiallager
13: Dämpfungselement
14: Laufring
15: Laufring
16: Schraubverbindung
17: Wälzkörper
18: Materialschicht
19: Lager
20: Schraubverbindung
21: Schraubverbindung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 10151263 A1 [0002]

Claims

Rundtischlageranordnung umfassend ein axial-radial-Rundtischlager mit einem inneren Laufringteil und einem äußeren, im Querschnitt U-förmigen und das innere Laufringteil aufnehmenden Gegenlaufringteil, wobei zwischen dem Laufringteil und dem Gegenlaufringteil jeweils Wälzkörper auf Laufbahnen des Laufringteils und des Gegenlaufringteils abwälzen, wobei das innere Laufringteil mit einem feststehenden Lagerelement und das Gegenlaufringteil mit einem drehzulagernden Lagerelement zu verbinden ist, oder umgekehrt, dadurch gekennzeichnet, dass ein dem Rundtischlager (4) parallelzuschaltendes weiteres ringförmiges Axiallager (12) vorgesehen ist, das mit einem Lagerelement (2) direkt und mit dem anderen Lagerelement (3) über ein oder mehrere zwischengeschaltete, axial wirkende Dämpfungselemente (13) zu koppeln ist.
Rundtischlageranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das oder die Dämpfungselemente (13) zumindest teilweise aus einem elastischen Material (18) bestehen oder ein Fluid enthalten.
Rundtischlageranordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Material (18) ein Kunststoff, insbesondere ein Elastomer oder das Fluid ein Öl oder eine magneto-rheologische oder elektro-rheologische Flüssigkeit ist.
Rundtischlageranordnung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Dämpfungselement (13) in Sandwichbauweise aus wenigstens einer Lage aus dem elastischen Material (18) und wenigstens einer Lage aus einem demgegenüber festeren Material (19), insbesondere einem Metall, besteht.
Rundtischlageranordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das eine Dämpfungselement (13) ein Dämpfungsring ist.
Rundtischlageranordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das oder die Dämpfungselemente (13) fest mit dem Axiallager (12) verbunden sind, insbesondere, dass das Axiallager (12) in das oder die Dämpfungselemente (13) eingebettet ist.
Rundtischlageranordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Axiallager (12) direkt mit dem drehzulagernden Lagerelement (2) zu verbinden ist.
Rundtischlageranordnung nach einem der vorangehende Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Axiallager (12) vorgespannt ist.
Rundtischlageranordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Axiallager (12) ein Kugellager oder ein Rollenlager ist.