DE2801811C2 - Scheibenartiges, mit Vorkehrungen zur Schwingungsdämpfung versehenes drehbares Objekt wie Werkzeug od. dgl. - Google Patents

Scheibenartiges, mit Vorkehrungen zur Schwingungsdämpfung versehenes drehbares Objekt wie Werkzeug od. dgl.

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Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Objekt nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.
Die Minderung der bei umlaufenden Teilen, namentlich Werkzeugen, etwa Sägeblättern auftretenden Geräusche, sowohl im Leerlauf als besonders auch beim Arbeits- oder Zerspanvorgang, stellt ein dringendes, aber schwieriges Probeim dar. Dies gilt namentlich für Werkzeuge zur Holz- und Kunststoffbearbeitung, aber auch zur Metallbearbeitung, etwa für Leichtmetall-Sägen, für Werkzeuge für die Stahlbearbeitung usw.
Wie sich gezeigt hat, kann mit einem Kreissäge-Werkzeug, dessen das sogenannte Stammblatt bildender Werkzeugkörper wenigstens auf einer Seite, vorzugsweise jedoch auf beiden Seiten mit einer durch einen Kleber gebildeten Dämpfungsschicht und einer auf dieser angeordneten Abdeckung als Gegenelement versehen ist, eine Herabsetzung der Geräusche erreicht werden, und zwar durch Dämpfung von die Geräusche bedingenden Schwingungen des Sägeblattes (DE-OS 26 23 339).
Die genannte Schicht in Form eines Klebers hat nicht nur den Zweck, die Abdeckung auf dem betreffenden Teil des Werkzeuges anzubringen und zu halten, sondern sie erfüllt zugleich eine wichtige Funktion hinsichtlich der Schwingungsdämpfung. Die fremd- oder selbsterregten Schwingungen des umlaufenden Werkzeuges rufen jeweils Schubbewegungen zwischen der Abdeckung und dem eigentlichen Werkzeugkörper (Stammblatt) hervor, wodurch sich entsprechende Schubspannungen in der Dämpfungsschicht ergeben.
Für den Einsatz derart ausgebildeter Werkzeuge ist es wichtig, daß die auf den Dämpfungsschichten befindlichen Elemente ihre Lage behalten und sich bei den auftretenden Beanspruchungen nicht lösen. Andererseits soll aber eine möglichst hohe Dämpfung erzielt werden. Hierbei handelt es sich weitgehend um einander widersprechende Forderungen.
Bekannt ist eine Bremsscheibe (DE-AS 11 54 312), bei der koaxial und parallel angeordnete Einzelscheiben oder Ringe durch ein schwingungsdämpfendes und wärmebeständiges Mittel miteinander verbunden sind. Dieses Mittel soll ein Kleber sein, wie er verwendet wird, um Bremsbeläge und Bremsbacken miteinander zu verkleben. Weitere Angaben sind dazu nicht gemacht, so daß nicht davon ausgegangen werden kann, daß es sich tatsächlich um einen Dämpfungsmechanismus handelt, der mit demjenigen des hier in Rede stehenden Objekts vergleichbar wäre. Außerdem sind bei der bekannten Bremsscheibe keinerlei Vorkehrungen, ge-
bo troffen, die ein Lösen der miteinander verklebten Teile unter den Beanspruchungen des Betriebes verhindern könnten.
Weiterhin ist ein schwingungsgedämpftes drehbares zylindrisches Maschinenelement als Spannrolle für
b5 Riementriebe od. dgl. bekannt (DE-OS 21 29 112). Dabei ist auf einen zylindrischen Körper eine viskoelastische Schicht aufgebracht, um die ein steifer Streifen schraubenförmig so herumgewickelt ist. daß ein
schmaler Spalt zwischen den benachbarten Kanten des Streifens verbleibt Bei einer abgewandelten Ausführung liegen auf der Schicht drei gleiche Zylindersegmente auf, zwischen denen wiederum Spalte vorhanden sind. Ähnlich ist es bei dem Mantel und dem Bodenteil einer becherförmigen Ausbildung der Spannrolle. Auch hier sind jeweils Spalte zwischen den auf die betreffenden Schichten aufgebrachten Materialien belassen. Maßnahmen, um die auf der viskoelastischen Schicht liegenden Elemente gegen Ablösen zu sichern, sind nicht getroffen.
Gegenstand eines früher angemeldeten Patents (DE-PS 27 46192), dessen Unterlagen (DE-OS 27 46 192) jedoch nicht vorveröffentlicht sind, ist ein Kreissäge-Werkzeug mit einem wenigstens auf einer Seite mit einer Kleberschicht und einer auf dieser angeordneten Abdeckung, für die wenigstens im Bereich ihres äußeren Umfangs eine von der Kleberschicht unabhängige und dieser ein Dämpfm.gsvermögen unter Schubbeanspruehung belassende mechanische Halterung vorgesehen ist Dabei kann es sich um einen Haltekörper handeln, der mit seinem äußeren Randbereich an einer durch das Stammblatt oder durch einen mit dem letzteren auf dessen Außenseite verbundenen Ring gebildeten Auflage befestigt ist Bei einer weiteren Ausführung ist die außenliegende Abdeckung in der Nähe ihres Außenrandes mit wenigstens einer Verformungsstelle versehen und in einem darüber hinausragenden Bereich an dem Stammblatt befestigt.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Objekt der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem ein besonders wirksamer Schutz des Dämpfungssystems gegen äußere Einflüsse und damit auch eine einwandfreie Sicherung des Zusammenhalts der zu ihm gehörenden Elemente bei gleichzeitiger Erzielung einer guten Dämpfungswirkung gegeben ist und außerdem günstige Steifigkeitsverhältnisse und eine hohe mechanische Widerstandsfähigkeit vorhanden sind, so daß auch die im praktischen Einsatz auftetenden Beanspruchungen, namentlich an den äußeren bzw. seitlichen Partien des Objekts sicher aufgenommen werden können.
Zur Lösung der Aufgabe sieht die Erfindung vor, daß die Dämpfungsschicht in einem nach außen hin von einem mit dem tragenden Körper fest verbundenen oder einen Teil desselben bildenden scheibenartigen, starren Außenteil überdeckten Bereich im Inneren des Objekts angeordnet ist, wobei die die Dämpfungsschicht zwischen sich einschließenden, quer zur Mittelachse des Objekts gerichteten Teile mittels der Dämpfungsschicht in einer das Auftreten von Schubspannungen in ihr zulassenden Weise miteinander verbunden sind.
Mit der Erfindung ist ein Werkzeug, e>wa ein Kreissäge-Werkzeug, oder ein anderes im Betneb umlaufendes Objekt etwa ein Getriebeelement wie Zahnrad od. dgl., geschaffen, das sich durch eine Reihe wesentlicher Vorteile auszeichnet. Die Dämpfungsschicht ist völlig geschützt untergebracht, so daß sie nicht beschädigt oder zerstört werden kann. Der Außenteil gehört zum Körper des Objekts und läßt sich so dimensionieren, daß sich eine große statische Steifigkeit dieses Außenteiles und damit des gesamten Körpers des Objekts ergibt. Hierdurch wird die Schwingungsneigung des Werkzeuges oder anderen Objekts erheblich herabgesetzt und auch die Belastbarkeit beim Arbeiten günstig beeinflußt weil mechanische Beanspruchungen einschließlich auf die Außenseiten wirkender Reibungskräfte ebenso wie thermische Beanspruchungen sicher aufgenommen werden. Weiterhin wird die dynamische Steifigkeit des Werkzeuges erhöht was nach den Erkenntnissen der Erfindung für das Dämpfungsverhalten besonders vorteilhaft ist Darüber hinaus trägt der Außenteil auch zur Abschirmwirkung bei, d. h. zur Dämmung von Körperschall
Vorteilhaft sind zwei oder auch mehr Dämpfungsschichten mit zugehörigen Gegenelementen vorhanden, namentlich in symmetrischer Anordnung bezüglich einer Mittelebene des Objekts. Die jeweilige Dämpfungsschicht ist insbesondere außerhalb der neutralen Faserschicht angeordnet Darunter ist diejenige Stelle oder Ebene zu verstehen, in der bei auftretender Beanspruchung die Spannung im Material zu Null wird, während sie auf der einen Seite positive und auf der anderen Seite negative Werte annimmt Bei einem scheibenförmigen Objekt ergeben sich entsprechende Beanspruchungen u.a. bei Axialschwingungen, die generell für die Geräuschentstehung ursächlich sind. Bei einem symmetrisch ausgebildeten Werkzeug, z. B. einem Kreissägeblatt liegt die neutrale Faserschicht in der Mittelebene.
Als Dämpfungsschicht kommt insbesondere ein Kleber mit geeigneten Eigenschaften in Betracht etwa mit einem Verlustfaktor von η = 0,5 bis 2 im Bereich von 1 bis 5 kKz. Das Material für die Dämpfungsschicht hat einen im Vergleich zum Material des Körpers des Objekts und der Außenteile bzw. der Gegenelemente einen niedrigeren Elastizitätsmodul. Dies führt auch zu einer wirksamen Körperschall-Dämmung. Der Elastizitätsmodul kann namentlich (0,5 bis 5)· 109dyn/cm2 betragen.
Bei einer zweckmäßigen Ausführung des Objekts ist der scheibenartige Außenteil fest mit dem Arbeitsbereich, so bei einem Sägewerkzeug mit dem die Zähne tragenden Umfangsbereich, verbunden, so daß er selbst einen unmittelbar an der Aufnahme der Bearbeitungskräfte beteiligten Körper bildet.
Der Körper des Werkzeuges oder Objekts kann wenigstens eine Kammer in Gestalt eines scheiben- oder kreisförmigen Hohlraumes aufweisen, in der wenigstens eine Dämpfungsschicht und wenigstens ein auf ihr befindliches, scheibenartiges Gegenelement angeordnet ist Dabei bestehen hinsichtlich der Ausbildung im einzelnen und der Anordnung der Elemente verschiedene Möglichkeiten. So läßt sich u.a. eine Dämpfungsschicht auf der radialen Grundfläche der Kammer vorsehen. Weiterhin läßt sich eine Dämpfungsschicht auf der Innenseite des scheibenartigen Außentei-
5» les anordnen. Dabei kann ein vorteilhafter großer Abstand von der im Hinblick auf eintretende Schwingungserscheinungen als neutrale Faserschicht anzusehenden Ebene des Werkzeuges oder Objekts, normalerweise dessen Mittelebene, erzielt werden. Es kann auch zweckdienlich sein, sowohl an der Innenseite des Außenteiles als auch an der gegenüberliegenden Seite eines zum Körper des Werkzeuges oder ronstigen Objekts gehörenden Teiles, etwa am Grund einer Kammer in diesem Körper, jeweils eine Dämpfungsschicht mit zugehörigen Gegenelementen vorzusehen. Bei einer besonderen Ausführung des Objekts ist in einer zwischen zwei Außenteilen vorgesehenen Kammer ein Gegenelement mit auf beiden Seiten desselben zwischen ihm und den Innenseiten der Außenteile befindlichen Dämpfungsschichten angeordnet. Dies ist u. a. deshalb besonders günstig, weil die zum Körper des Werkzeuges oder Objekts gehörenden Außenteile großen Abstand von der neutralen Faserschicht haben,
so daß sich eine hohe Steifheit und eine gute Dämpfungswirkung ergibt, während der Raum dazwischen durch die Unterbringung des Gegenelements ausgenutzt ist. Das Gegenelement kann an seinem Außen- und/oder Innenumfang zentrierend am Körper des Objekts abgestützt sein.
Ungeachtet der Ausführung im einzelnen kann das Außenteil mit dem zugehörigen Teil des Körpers des Objekts durch Schweißen oder bei einer anderen zweckmäßigen Ausbildung durch Nieten verbunden sein.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Erläuterung von Ausführungsbeispielen, aus der Zeichnung sowie aus den Ansprüchen. Es zeigen 1 >
F i g. 1 bis 4 verschiedene Ausführungen von Kreissäge-Werkzeugen, wobei jeweils im axialen Schnitt nur der oberhalb der Mittelachse liegende Teil des Werkzeuges wiedergegeben ist.
Bei den Ausführungen nach den F i g. 1 bis 3 weist jeweils ein mit einer Mittelbohrung 1 versehener und an einem Umfangsbereich 2 Zähne 3 tragender Hauptteil 4 des insgesamt mit der Ziffer 5 bezeichneten Werkzeugkörpers zwei kreisringförmige Kammern 6 auf, die zu den Seiten hin von starren Außenteilen 7 begrenzt sind. Letztere sind hier als Teile des Werkzeugkörpers 5 aufzufassen und jeweils durch kreisförmig verlaufende Schweißnähte 8,9 mit dem Hauptteil 4 und deshalb mit dem die Zähne 3 tragenden Umfangsbereich 2 fest verbunden. Sie bilden somit tragende Elemente des x> Werkzeugkörpers und nehmen die beim Arbeiten des Werkzeuges auftretenden mechanischen Beanspruchungen mit auf, einschließlich der von außen wirkenden Reibungskräfte. Außerdem können sie entstehende Wärme, insbesondere auch von den J5 Zähnen her, abführen. Das Verbinden der Außenteile 7 mit dem Hauptteil 4 des Werkzeugkörpers, das abweichend von der gezeigten Ausführung auch durch Nieten oder geeignete andere Befestigungsmittel erfolgen kann, wird vorgenommen, wenn die in den Kammern unterzubringenden Elemente an ihre Stelle gebracht worden sind.
Bei der Ausführung nach F i g. 1 ist zwischen der den Grund jeder Kammer 6 bildenden kreisförmigen ebenen Fläche 10 und einem ebenfalls kreisringförmigen Gegenelement 11, das insbesondere aus Stahl oder auch aus einem anderen Metall bzw. einer Legierung besteht, eine Dämpfungsschicht 12 vorgesehen, die namentlich von einem Kunstharzkleber mit viskoelastischem Verhalten gebildet ist und deren Dicke günstig im Bereich von 0,01 bis 0,2 mm liegt oder aber auch mehr beträgt. Das Material der Dämpfungsschicht hat zweckmäßig eine große Elastizität bei nicht zu großer Härte. Für eine hohe Dämpfung ist ein Schubmodul von G = (0,2 bis 2) · 109 dyn/cm2 bei Frequenzen von 1 bis 5 kHz angezeigt
Die Gegenelemente 11, deren Dicke namentlich einige zehntel Millimeter oder mehr beträgt haben am inneren und äußeren Rand 11a, Wb sowie an der Außenfläche lic Abstand von den ihnen zugewandten Flächen der Teile 4 und 7 des Werkzeugkörpers, so daß sie vom Werkzeugkörper bzw. einem die Zähne tragenden Teil unabhängig sind. Beim Auftreten von Schwingungen suchen sich die Gegenelemente 11 jeweils relativ zum Werkzeugkörper-Hauptteil 4 zu verschieben, wodurch Schubbeanspruchungen in den Dämpfungsschichten 12 hervorgerufen werden, die eine hohe Dämpfungswirkung zur Folge haben.
Bei alledem liegen die Dämpfungsschichten 12 mit den Gegenelementen 11 völlig geschützt innerhalb der von den Außenteilen 7 begrenzten Bereiche. Die Dicke der Außenteile 7 kann insbesondere 0,2 mm bis 0,8 mm betragen oder aber auch noch größer sein.
Bei der Ausführung nach F i g. 2 sind den Außenteilen 7 des Werkzeugkörpers Dämpfungsschichten 22 und Gegenelemente 21 zugeordnet, die von der im Zusammenhang mit Fig. 1 erläuterten Art sind, wobei das zum Dämpfungsmechanismus Gesagte entsprechend gilt. Die Dämpfungsschichten 22 haben hier einen verhältnismäßig großen Abstand von der Mittelebene Mdes Werkzeuges, was hinsichtlich der Dämpfungswirkung besonders günstig ist.
Es können weiterhin, wie F i g. 3 zeigt, sowohl an den Außenteilen 7 als auch an den Flächen 10 des Hauptteiles 4 des Werkzeugkörpers Dämpfungsschichten 12,22 und Gegenelemente 11,21 vorgesehen sein.
F i g. 4 zeigt eine Ausführung eines Kreissäge-Werkzeuges, dessen Werkzeugkörper 45 aus einem den Umfangsbereich 2 (Arbeitsbereich) mit Zähnen 3 aufweisenden Teil 43, einem Nabenteil 44 und zwei Außenteilen 47 besteht, die mit den beiden anderen Teilen 43 und 44 durch Schweißnähte 48 oder auf andere geeignete Weise verbunden sind. Die genannten Teile belassen eine kreisringförmige Kammer 46 im Inneren des Werkzeugkörpers 45, in der ein Gegenelement 49 angeordnet ist. Auf beiden Seiten desselben befinden sich viskoelastische Dämpfungsschichten 42, mittels derer es mit den Außenteilen 47 in Verbindung steht. In radialer Richtung ist das Gegenelement 49 durch am Außenumfang und am Innenumfang befindliche Scheitel von abgeschrägten Bereichen 49a und 49i> an zylindrischen Flächen 50,51 der Teile 43 und 44 abgestützt. Bei dieser Ausführung ist das Gegenelement 49 in besonders günstiger Weise in einem mittleren Bereich des Werkzeuges untergebracht. In diesem Bereich würden tragende Teile des Werkzeugkörpers nicht so viel zur Steifheit beitragen wie die im Abstand von der Mittelebene M (neutrale Faserschicht) angeordneten Außenteile.
Bei den verschiedenen erläuterten Ausführungen bestehen die Außenteile zweckmäßig aus demselben Material wie die übrigen Teile des Workzeugkörpers, namentlich aus Stahl. Es ist aber auch die Verwendung anderer Werkstoffe nicht ausgeschlossen.
Unter dem Begriff der Zähne sollen alle Ausführungen verstanden werden, die bei Kreissägen üblich sind, einschließlich Schneiden aus Werkzeugstahl, Hartmetall, Keramik usw., sei es mit fester Verbindung oder mit Klemmbefestigung od. dgl.
In entsprechender Weise, wie dies vorstehend bei Kreissägen erläutert wurde, können auch andere drehend antreibbare Werkzeuge erfindungsgemäß ausgebildet sein, so auch Kreismesser u. dgl.
Bei den erläuterten Ausführungen von Kreissäge-Werkzeugen wird der Arbeitsbereich des Werkzeugkörpers von dem die Zähne tragenden Umfangsbereich gebildet Die Erfindung umfaßt aber auch Werkzeugausruhrungen, bei denen der Arbeitsbereich des Werkzeugkörpers sich wenigstens teilweise stirnseitig erstrecken kann, wobei dort dann entsprechende Schneiden u. dgl. vorhanden sind. Dies gilt beispielsweise für Stirnfräser od. dgl.
Darüber hinaus erstreckt sich die Erfindung auch auf andere Objekte der weiter oben bzw. eingangs genannten Art, bei denen Schwingungs- und Geräuschprobleme bestehen, so u.a. insbesondere auch auf
umlaufende Getriebeelemente wie Zahnräder, Teile von Riementrieben usw. sowie ähnliche Maschinenelemente. Was bei der Erläuterung der Ausführungen von Kreissäge-Werkzeugen hinsichtlich des Werkzeugkörpers und anderer Teile gesagt wurde, gilt sinngemäß und entsprechend dann für den Körper und weitere zugehörige Teile solcher Getriebe- oder Maschinenelemente.
Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (10)

Patentansprüche:
1. Scheibenartiges, drehbares, einen sich quer zu einer Mittelachse erstreckenden tragenden Körper aufweisendes und mit Vorkehrungen zur Schwingungsdämpfung versehenes Objekt, das mit einem Arbeitsbereich oder an diesem vorgesehenen Zähnen, einer oder mehreren Schneiden od. dgl. zum Angriff an einem zu bearbeitenden Gegenstand oder zum Eingriff mit einem weiteren Objekt bestimmt ist, insbesondere Kreissäge-Werkzeug od. dgl, wobei zur Dämpfung von im wesentlichen axialen Schwingungen wenigstens eine Dämpfungsschicht aus einem Material mit viskoelastischem Verhalten, insbesondere einem Kunstharz, zwischen einer fest mit dem Arbeitsbereich zusammenhängenden oder diesen bildenden scheibenartigen Partie des Körpers des Objekts und einem sich im wesentlichen parallel dazu erstreckenden scheibenartigen Gegenelement vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Dämpfungsschicht (12,22,42) in einem nach außen hin von einem mit dem tragenden Körper (5; 45) fest verbundenen oder einen Teil desselben bildenden scheibenartigen, starren Außenteil (7, 47) überdeckten Bereich im Inneren des Objekts angeordnet ist, wobei die die Dämpfungsschicht (12, 22, 42) zwischen sich einschließenden, quer zur Mittelachse des Objekts gerichteten Teile mittels der Dämpfungsschicht in einer das Auftreten von Schubspannungen in ihr zulassenden Weise miteinander verbunden sind.
2. Objekt nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dämpfungsschich'. (12,22,42) außerhalb der neutralen Faserschicht (M) des Objekts angeordnet ist.
3. Objekt nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der scheibenartige Außenteil (7) fest mit dem Arbeitsbereich (2) verbunden ist.
4. Objekt nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper (5) wenigstens eine Kammer (6) in Gestalt eines scheiben- oder kreisringförmigen Hohlraumes bildet, in der wenigstens eine Dämpfungsschicht (12, 22) und wenigstens ein auf ihr befindliches scheibenartiges Gegenelement (11, 21) angeordnet ist.
5. Objekt nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Dämpfungsschicht (12) auf der radialen Grundfläche (10) der Kammer (6) vorgesehen ist.
6. Objekt nach einem der Ansprüche 1 bis 5. dadurch gekennzeichnet, daß eine Dämpfungsschicht (22) auf der Innenseite des scheibenaitigen Außenteiles (7) vorgesehen ist.
7. Objekt nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in einer zwischen zwei Außenteilen (47) vorgesehenen Kammer (46) ein Gegenelement (49) mit auf beiden Seiten desselben zwischen ihm und den Innenseiten der Außenteile (47) befindlichen Dämpfungsschichten (42) angeordnet ist.
8. Objekt nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Gegenelement (49) an seinem Außen- und/oder Innenumfang (49a bzw. 49b) zentrierend am Körper (45) oder Teilen desselben (43, 44) abgestützt ist.
9. Objekt nach einem der Ansprüche I bis 8. dadurch gekennzeichnet, daß das Außenteil (7, 47) mit dem zugehörigen Teil des Körpers des Objekts durch Schweißen verbunden ist
10. Objekt nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Außenteil mit dem zugehörigen Teil des Körpers des Objekts durch Nieten verbunden ist
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