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Die Erfindung betrifft einen Schwingungsdämpfer mit einem formstabilen Elastomerkörper, der eine dreidimensionale Außenkontur ausbildet. Die Erfindung betrifft zudem ein Schwingungsdämpfungssystem mit wenigstens einem derartigen Schwingungsdämpfer.
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Schwingungsdämpfer sind in verschiedenen Bereichen der Technik allgemein bekannt. So offenbart die
DE 10 2008 022 467 A1 Schwingungsdämpfer in Form von Feder-Dämpfungs-Kissen zur dämpfenden Stützung von Paletten zur Aufnahme von Nutzlasten im Bereich einer Haltestruktur in Raumfahrzeugen.
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Zur Dämpfung von Körperschall wie auch zur Dämpfung mechanischer Schwingungen sind zudem schallabsorbierende Strukturen aus der
EP 1 557 819 B1 bekannt. Eine entsprechende schallabsorbierende Struktur weist mehrere Hohlkörper auf, deren Hohlräume jeweils teilweise mit einer Vielzahl von innerhalb des jeweiligen Hohlraums frei beweglichen Partikeln nach Art von Schüttgut gefüllt sind. Die Partikel innerhalb der Hohlkörper sind pulverartig gestaltet. Um eine freie Beweglichkeit der pulverförmigen Partikel innerhalb der Hohlkugeln zu ermöglichen, ist der Hohlraum jeder Hohlkugel lediglich teilweise mit dem Schüttgut, d.h. den pulverartigen Partikeln, befüllt.
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Aufgabe der Erfindung ist es, einen Schwingungsdämpfer sowie ein Schwingungsdämpfungssystem der eingangs genannten Art zu schaffen, die in einer Vielzahl technischer Anwendungsfälle mit einfachen Mitteln Körperschall absorbieren oder Vibrationen dämpfen können.
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Diese Aufgabe wird für den Schwingungsdämpfer dadurch gelöst, dass in dem Elastomerkörper eine Vielzahl von Hohlkörpern eingebettet ist, von denen wenigstens einige über einen Teil ihrer Volumina mit losem Schüttgut aus Feststoffpartikeln gefüllt sind. Der Elastomerkörper mit den eingebetteten Hohlkörpern, in denen die Feststoffpartikel jeweils frei beweglich sind, ermöglicht überraschenderweise eine besonders gute Dämpfung mechanischer Schwingungen oder auch eine besonders gute Absorption von Körperschall. Damit eignet sich der erfindungsgemäße Schwingungsdämpfer in besonders vorteilhafter Weise für Anwendungsgebiete mit rotierenden Massen wie insbesondere einer Vielzahl von Werkzeugmaschinen, aber auch anderer Industriemaschinen oder weiterer Geräte, Systeme oder Anlagen, bei denen rotierende Massen wie insbesondere Rotationsantriebe Schwingungen oder Vibrationen verursachen. Besonders vorteilhaft ist ein erfindungsgemäßer Schwingungsdämpfer im Bereich der spanenden Bearbeitung von Werkstücken einsetzbar, jedoch nicht hierauf beschränkt. Die Formstabilität des Elastomerkörpers ist derart ausgebildet, dass der Elastomerkörper ohne Druck von außen seine Form beibehält. Bei anliegendem Druck auf wenigstens eine seiner Außenflächen verhält der Elastomerkörper sich begrenzt elastisch kompressibel, so dass er nach Wegnahme des Drucks sich wieder in seine Ausgangslage zurückstellt.
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In Ausgestaltung der Erfindung bildet der Elastomerkörper einen Massivkörper aus einem Elastomermaterial, insbesondere einem Silikonelastomer. Vorzugsweise weist das Silikonelastomer eine Shore-Härte zwischen 20 und 40 Shore A auf. Ein derartiger Shore-Härtebereich hat sich für den Einsatz des erfindungsgemäßen Schwingungsdämpfers bei Werkzeugmaschinen als vorteilhaft erwiesen. Vorzugsweise dient der Schwingungsdämpfer zur Stützung eines zu bearbeitenden Werkstücks innerhalb der Werkzeugmaschine.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind die Hohlkörper zumindest weitgehend gleichmäßig über das Volumen des Elastomerkörpers verteilt angeordnet. Dies bedeutet, dass die Hohlkörper zumindest weitgehend gleiche Abstände relativ zueinander innerhalb des Elastomerkörpers aufweisen. Die Herstellung des Schwingungsdämpfers erfolgt vorteilhaft dadurch, dass die mit den Feststoffpartikeln gefüllten Hohlkörper in eine Gießform eingebracht werden, entweder vor oder nach dem Einbringen des entsprechend flüssigen Elastomers. Die Hohlkörper versinken innerhalb der Werkzeugform in dem flüssigen oder fließfähigen Elastomer. Anschließend erfolgt eine Aushärtung, wodurch die Hohlkörper zwangsläufig form- und stoffschlüssig innerhalb des Elastomerkörpers eingebettet sind.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind die Hohlkörper mittels einer Gitterstruktur miteinander verbunden, die von dem Elastomermaterial des Elastomerkörpers umschlossen ist. Die Gitterstruktur unterstützt eine gleichmäßige Verteilung der Hohlkörper innerhalb des Elastomerkörpers, wobei die Gitterstruktur zusammen mit den Hohlkörpern von dem Elastomermaterial innerhalb einer entsprechend erhitzten Werkzeugform umschlossen wird. Nach dem vollständigen Befüllen der Werkzeugform mit dem Elastomermaterial erfolgt das Aushärten des Elastomermaterials.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung bestehen die Hohlkörper aus einer Metalllegierung oder einer Keramik. Besonders vorteilhaft sind die Hohlkörper sphärisch, insbesondere als Hohlkugeln, ausgeführt.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung weist die Außenkontur des Elastomerkörpers wenigstens eine ebene Außenfläche zur flächigen Stützung eines zu dämpfenden Bauteils auf.
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Dieses zu dämpfende Bauteil kann ein Werkstück oder ein Abschnitt eines Werkzeugs einer Werkzeugmaschine oder auch eine Trägerplattform für einen Rotationsantrieb oder Ähnliches sein. Eine entsprechende Produktions- oder Fertigungsvorrichtung, bei der der Schwingungsdämpfer zum Einsatz kommt, kann statt wenigstens eines Rotationsantriebs auch wenigstens einen alternierenden Hubantrieb aufweisen, der Schläge oder Stöße auf ein Werkstück oder auf ein wirkverbundenes Bauteil ausübt. Die ebene Außenfläche ermöglicht eine großflächige und gleichmäßige Übertragung von Schwingungen von dem zu dämpfenden Bauteil auf den Elastomerkörper und damit eine Einbringung dieser Schwingungen gleichzeitig und über die gesamte ebene Außenfläche in den Elastomerkörper, innerhalb dessen mittels der Hohlkörper und der innerhalb der Hohlkörper frei beweglichen, pulverartigen Partikel die gewünschte Absorption der Schwingungen erzielt wird.
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Für das Schwingungsdämpfungssystem der eingangs genannten Art mit wenigstens einem derartigen Schwingungsdämpfer wird die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 8 gelöst. Das Schwingungsdämpfungssystem ist mit einer mechanischen Belastungseinrichtung versehen, die wenigstens eine Lastaufbringungsfläche aufweist, die in einem Funktionszustand einen Flächendruck auf die wenigstens eine ebene Außenfläche des Elastomerkörpers aufbringt. Die mechanische Belastungseinrichtung gewährleistet, dass das zu dämpfende Bauteil auf der Außenfläche des Elastomerkörpers während einer entsprechenden Schwingungsübertragung nicht zu springen beginnt. Eine permanente Belastung auf die ebene Außenfläche des Elastomerkörpers und demzufolge eine permanente Kompression des Elastomerkörpers ermöglicht eine besonders gute und gleichmäßige Schwingungsübertragung auf den Elastomerkörper und damit auf den Schwingungsdämpfer.
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In Ausgestaltung des Schwingungsdämpfungssystems ist der Belastungseinrichtung eine ebene Auflagefläche zugeordnet, auf der der Schwingungsdämpfer mit einer komplementären ebenen Außenfläche positionierbar ist. Die ebene Auflagefläche der Belastungseinrichtung weist in vorteilhafter Weise wenigstens die Größe der Fläche der ebenen Außenfläche des Schwingungsdämpfers auf. In vorteilhafter Weise weist der Schwingungsdämpfer auf gegenüberliegenden Seiten zwei zueinander parallele, ebene Außenflächen auf, von denen eine auf der ebenen Auflagefläche positioniert ist. Die entsprechend gegenüberliegende ebene Außenfläche des Schwingungsdämpfers wirkt mit der Lastaufbringungsfläche der Belastungseinrichtung zusammen, wobei vorzugsweise die Lastaufbringungsfläche wenigstens die Flächenabmessungen der komplementären ebenen Auflagefläche des Schwingungsdämpfers, d.h. des Elastomerkörpers, aufweist.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung weist die Belastungseinrichtung eine Vorspanneinheit auf, die der Lastaufbringungsfläche und/oder der Auflagefläche der Belastungseinrichtung zugeordnet ist. Die Vorspanneinheit gewährleistet die Aufbringung einer permanenten Druckkraft auf wenigstens eine ebene Außenfläche des Elastomerkörpers und damit des Schwingungsdämpfers, so dass zumindest in Funktion des Schwingungsdämpfungssystems der Schwingungsdämpfer eine permanente Kompression erfährt, die zu einer möglichst großflächigen und gleichmäßigen Schwingungsübertragung von dem zu dämpfenden Bauteil auf den Schwingungsdämpfer führt.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist der Elastomerkörper an der wenigstens einen ebenen Außenfläche mit einem Trägerkörper stoffschlüssig verbunden, der die Lastaufbringungsfläche der Belastungseinrichtung bildet. Der Trägerkörper kann als ebene Platte aus Metall, vorzugsweise Stahl, hergestellt sein und durch Verklebung, durch Vulkanisation oder durch Vergießen bei der Herstellung des Elastomerkörpers eine permanente Verbindung mit der ebenen Außenfläche des Elastomerkörpers eingehen. Damit ist der Trägerkörper einstückig mit dem Elastomerkörper verbunden und kann direkt zur Abstützung eines dämpfenden Bauteils dienen. Vorteilhaft ist das zu dämpfende Bauteil fest und vorzugsweise flächig mit dem Trägerkörper lösbar verbindbar. Hierzu kann der Trägerkörper Befestigungsaufnahmen zur Sicherung des zu dämpfenden Bauteils an dem Trägerkörper mittels mechanischer Befestigungsmittel aufweisen. Ergänzend ist es möglich, zwischen eine Oberfläche des Trägerkörpers und eine dem Trägerkörper zugewandte Fläche des zu dämpfenden Bauteils eine geeignete, fließfähige Schicht wie insbesondere ein Gel einzubringen. Die Dämpfungseigenschaften werden hierdurch weiter verbessert.
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Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen sowie aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung, die anhand der Zeichnungen dargestellt sind.
- 1 zeigt schematisch einen Schraubstock einer Werkzeugmaschine mit einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Schwingungsdämpfers in unbelasteter Ausgangslage,
- 2 die Darstellung nach 1, jedoch mit auf dem Schwingungsdämpfer aufliegendem Werkstück, und
- 3 schematisch einen weiteren Schraubstock einer Werkzeugmaschine mit einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Schwingungsdämpfungssystems, das einen Schwingungsdämpfer gemäß 1 und 2 umfasst.
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Ein Schraubstock 1 einer Werkzeugmaschine weist einen Träger 2 auf, auf der zwei Klemmbacken 3 mittels einer manuell bedienbaren Spindel relativ zueinander linearbeweglich verfahrbar sind, um ein Werkstück 4 freizugeben oder zu klemmen. Zwischen den Klemmbacken 3 ist ein Schwingungsdämpfer 5 angeordnet, der mittels einer unteren ebenen Außenfläche 8 auf einer Oberfläche der Trägeraufnahme 2 abgestützt ist.
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Der Schwingungsdämpfer 5 weist eine quaderförmige Außenkontur auf und wird durch einen massiven Elastomerkörper gebildet, in dem eine Vielzahl von kugelförmigen Hohlkörpern 6 eingebettet ist. Jeder Hohlkörper 6 ist mit Schüttgut in Form von pulverförmigen Partikeln befüllt. Dabei ist in einem Inneren des jeweiligen Hohlkörpers 6 jeweils maximal eine Hälfte eines Volumens des jeweiligen Hohlkörpers 6 mit dem Schüttgut befüllt, um eine freie Beweglichkeit des Schüttguts innerhalb des Hohlraums jedes Hohlkörpers 6 zu ermöglichen. Die Hohlkörper 6 sind allseitig geschlossen. Die Hohlkörper 6 sind hergestellt und gestaltet analog von Hohlkörpern, wie sie in der
EP 1 557 819 B1 beschrieben sind.
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Gegenüberliegend zu der unteren Außenfläche 8 weist der Elastomerkörper des Schwingungsdämpfers 5 im Bereich einer Oberseite eine weitere ebene Außenfläche 7 auf, die parallel zu der unteren Außenfläche 8 erstreckt ist.
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Der Elastomerkörper ist aus einem Silikonelastomer hergestellt, das eine Shore-Härte zwischen 20 und 40 Shore A aufweist. Der Elastomerkörper 5 einschließlich seiner eingebetteten Hohlkörper 6 und damit der Schwingungsdämpfer 5 ist bei Druckbelastung auf die gegenüberliegenden Außenflächen 7 und 8 elastisch kompressibel, wie anhand der 1 und 2 erkennbar ist. Der Schwingungsdämpfer 5 weist eine Höhe auf, die etwas größer ist als benachbarte Stützblöcke der Klemmbacken 3, so dass der Schwingungsdämpfer 5 in auf der Trägeraufnahme 2 abgesetztem Ausgangszustand, d.h. in unbelasteter Ausgangslage, geringfügig über die Stützblöcke der Klemmbacken 3 nach oben abragt. Wenn nun von oben her ein Werkstück 4 in Pfeilrichtung zwischen die Klemmbacken 3 eingesetzt und auf den Stützblöcken der Klemmbacken 3 abgesetzt wird, drückt das Eigengewicht des Werkstücks 4 den Schwingungsdämpfer 5 in Hochrichtung geringfügig zusammen, wodurch eine elastische Kompression des Schwingungsdämpfers 5 zwischen einer ebenen Auflagefläche der Trägeraufnahme 2 und der Unterseite des Werkstücks 4 erfolgt. Auch die Unterseite des Werkstücks 4 ist komplementär zu der oberen Außenfläche 7 des Schwingungsdämpfers 5 eben gestaltet, so dass das Werkstück 4 großflächig Druck auf die obere Außenfläche 7 des Schwingungsdämpfers 5 ausübt. Durch horizontales Zusammendrücken der Klemmbacken 3 wird dieser Kompressionszustand des Schwingungsdämpfers 5 aufrechterhalten, da das Werkstück 4 zwischen den Klemmbacken 3 festgespannt wird.
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Sobald nun das Werkstück 4 durch ein entsprechendes Werkzeug der Werkzeugmaschine spanend bearbeitet wird, werden auftretende Vibrationen und periodische mechanische Schwingungen wie auch Körperschallschwingungen vom Werkstück 4 in den Schwingungsdämpfer 5 eingeleitet und im Schwingungsdämpfer 5 absorbiert. Dazu tragen die Hohlkörper 6 mit dem in den Hohlkörpern 6 frei beweglichen Schüttgut genauso bei wie die Einbettung dieser Hohlkörper 6 in dem Elastomermaterial des Elastomerkörpers des Schwingungsdämpfers 5.
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Bei der Ausführungsform nach 3 ist der Schwingungsdämpfer 5 Teil eines Schwingungsdämpfungssystems, das eine weiter verbesserte Schwingungsdämpfung für das Werkstück 4 ermöglicht. Baugleiche oder funktionsgleiche Teile und Abschnitte des Schraubstocks 1 gemäß 3 sind mit gleichen Bezugszeichen versehen wie bei dem Schraubstock 1 gemäß den 1 und 2, so dass bezüglich der Beschreibung und Offenbarung des Schraubstocks 1 nach 3 auf die Ausführungen zu den 1 und 2 verwiesen wird. Gleiches gilt für den Schwingungsdämpfer 5, der identisch gestaltet ist wie der Schwingungsdämpfer 5 gemäß den 1 und 2.
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Wesentlicher Unterschied bei der Ausführungsform nach 3 ist es, dass dem Schwingungsdämpfer 5 zusätzlich eine Vorspanneinheit 11 zugeordnet ist, die sich auf der Oberseite der Trägeraufnahme 2 abstützt und eine Lastaufbringungsfläche 11 aufweist, die mit der unteren, ebenen Außenfläche 8 des Schwingungsdämpfers 5 zusammenwirkt. Die Vorspanneinheit weist zudem einen lediglich schematisch angedeuteten Spannantrieb auf, der wenigstens eine mechanische Federeinheit aufweisen kann. Alternativ kann ein Spannantrieb der Vorspanneinheit 10 auch als Hubantrieb, insbesondere als Spindelantrieb, ausgeführt sein, um die Lastaufbringungsfläche in Hochrichtung relativ zu der Oberfläche der Trägeraufnahme 2 verlagern zu können. Die Lastaufbringungsfläche ist eben gestaltet und komplementär zu der unteren Außenfläche 8 des Schwingungsdämpfers 5 gestaltet, so dass der Schwingungsdämpfer 5 flächig auf der Lastaufbringungsfläche 11 aufliegt.
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Sobald das Werkstück 4 zwischen den Klemmbacken 3 des Schraubstocks 1 festgespannt ist, kann die Vorspanneinheit 10 mit ihrer von unten her auf den Schwingungsdämpfer 5 wirkenden Druckkraft aktiv sein, um so die obere Außenfläche des Schwingungsdämpfers 5 flächig gegen die Unterseite des Werkstücks 4 zu pressen und so die gewünschte Schwingungsdämpfung zu erzielen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008022467 A1 [0002]
- EP 1557819 B1 [0003, 0018]
