DE3408964A1

DE3408964A1 - Wellentrageinrichtung mit pressfilmdaempfung

Info

Publication number: DE3408964A1
Application number: DE19843408964
Authority: DE
Inventors: David Bradford West Chester Ohio Wood III
Original assignee: Cincinnati Milacron Industries Inc Cincinnati Ohio; Cincinnati Milacron Inc
Current assignee: Milacron Inc
Priority date: 1983-03-21
Filing date: 1984-03-12
Publication date: 1984-10-04
Also published as: GB2139928B; GB8407284D0; GB2139928A; JPS59175901A; FR2543032B1; FR2543032A1; DE3408964C2

Description

CINCINNATI MILACRON INDUSTRIES, INC., 4701 Marburg Avenue, Cincinnati, Ohio 45209, USA

Wellentrageinrichtung mit Preßfilmdämpfung.

Bei werkstückhaltenden Wellenanordnungen, welche typischerweise bei Dreh- und Schleifmaschinen verwendet werden, bei denen das Werkstück in einem Futter gehalten wird, welches an der Wellennase befestigt ist, ist es bei den am weitest verbreiteten Anordnungen gemäß dem Stand der Technik derart, daß man davon ausgeht, daß die Wellentraglager so nahe wie möglich am Ende der Welle angeordnet sein sollen, und daß der äußere Laufkranz einer Wälzlageranordnung von einer steifen Maschinenstruktur, wie beispielsweise einer Wellengehäuseanordnung getragen werden sollte, welches mit Rippen oder Wänden verstärkt ist, um eine steife Struktur mit einem Minimum an Ablenkung am Ende der Welle zu erhalten. Die grundlegende Lehre dieser Anordnung geht dahin, eine hohe statische Steifigkeit aufgrund der inhärenten mechanischen Federungen zu erzeugen, aber es wurde nicht daran gedacht, die Struktur gegenüber induzierten Vibrationen zu dämpfen, und zwar auf andere Weise als über die Material dämpfungseigenschaften, wie sie beispielsweise in kugeligem Eisen gefunden werden.

Heutzutage verwenden die Anordnungen zunehmend mehr Einheiten, welche aus geschweißten Stahlkonstruktionen bestehen, wobei hier die Gußeisen-Dämpfungseigenschaften fehlen, so daß daher die Wahrscheinlichkeit aktueller wird, daß die Vibrationen an der Werkstück-Werkzeug-Grenzfläche Probleme ergeben.

Die Anmelderin hat die sich beim Stand der Technik ergebenden Schwierigkeiten dadurch überwunden, daß sie bei einer ersten Ausführungsform bei der Trägereinheit, welche das Wellenlager trägt, eine vis-

kose Preßfilmdämpfung verwendet.

Bei einer zweiten Ausführungsform wird eine visko-elastische Dämpfungsstruktur bei der Wellentrageinheit verwendet.

Die Erfindung ist, wie dargestellt, bei einer gedämpften Wellenanordnung verwendet, wobei eine drehbare Maschinenwelle eine Wellennase und einen Lagerdurchmesser nahe der Wellennase aufweist. Es

{θ ist ein zylindrischer Wellenadapter vorgesehen, welcher an seinem einen Ende eine Lagerbohrung aufweist, welcher ein Lager beinhaltet, das die Wellennase unterstützt, und das entgegengesetzte Ende des zylindrischen Wellenadapters ist mit einem Durchmesser versehen, welcher einen Preßsitz innerhalb einer Maschinenbasis darstellt, so daß im zusammengebauten Zustand der Wellenadapter eine kragarmartige Halterung der Wellennase relativ zur Maschinenbasis darstellt. Ein durchgebohrter Dämpfungshohlraum erstreckt sich von der äußeren Oberfläche der Maschinenbasis zum Preßsitzdurchmesser, und ein Festsitzdurchmesser ist entlang des zylindrischen Adapters zwischen dem Lagerabschnitt und dem Preßsitzabschnitt, -d.h. der kragarmartigen Sektion, vorgesehen. Um den Adapter herum sind innerhalb des Hohlraumabschnitts Dichtungen vorgesehen, so daß eine Dämpfungskammer ausgebildet wird. Die Dämpfungskammer ist mit einem viskosen Medium, wie beispielsweise schwerem Maschinenöl, gefüllt, so daß in der Dämpfungskammer ein dünner viskoser Film vorgesehen ist. Beim Betrieb kann sich die Wellenanordnung aufgrund der kragarmartigen Befestigung unter dem Einfluß von Maschinenvibrationen leicht bewegen, die Vibrationen werden jedoch aufgrund des Phänomens gedämpft, welches als Preßfilmdämpfung bekannt ist, wobei das relativ klebrige Dl an gegenüberliegenden Hohlraumoberflächen dazu dient, die Vibrationen zu dämpfen.

Bei einer alternativen Ausführungsform ist innerhalb der Dämpfungskammer ein visko-elastisches Dämpfungsmedium vorgesehen.

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 Maschinenspindel kasten 11 eine Welle 12 eine Wellennase 13 an ihrem äußeren Ende 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 26 des Wellenadapters 20 erstreckt sich in einen entsprechenden Hohlraum 27 hinein, welcher in die Masdiinenbasis 22 eingearbeitet ist, und am Ende 28 des Hohlraums 27 befindet sich ein Wellenadapter-Haltedurchmesser 29 in festem Sitz innerhalb einer Bohrung 30 in der Maschinenbasis 22, so daß der Wellenadapter 20 eine kragarmartige Halteanordnung für die Wellennase 13 bezüglich des Preßsitzdurchmesser 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 werden kann 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 Wälzlager 17 vorgesehen ist, nach außen nicht verloren geht. Das rückwärtige Ende 40 der Welle 12 ist in konventioneller Weise in ei-

ir ,

nem Wälzlager 41 getragen, welches direkt mittels eines Lageradapters 42 und der rückwärtigen Wand 43 der Maschinenbasis 22 getragen und abgestützt ist.
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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 der Wellennase 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 relativ verschiebbaren Glieder 20*, 23 ständig das klebrige Dämpfungsfluid 35 komprimieren und expandieren. Die Gesamtwirkung hiervon besteht darin, daß eine hohe dynamische Steifigkeit erreicht wird, während die Welle 12 rotiert und das Schneiden durchgeführt wird.
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Bei einer alternativen Ausführungsform kann das viskose Medium 35 innerhalb der Dämpfung kammer 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. verschoben 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 Deformationen nehmen ab, bis sie wieder elastisch werden.

Genau genommen folgt aus dem direkten Ersatz eines visko-elastischen

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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.

Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die beschriebenen und gezeigten Ausführungsbeispiele beschränkt, die Erfindung erstreckt sich viel-mehr auf all diejenigen Abwandlungen, die für den Fachmann naheliegend sind.

Sämtliche aus der Beschreibung, den Ansprüchen und Zeichnungen hervorgehenden Merkmale und Vorteile der Erfindung, einschließlich konstruktiver Einzelheiten und räumlicher Anordnungen, können sowohl für sich als auch in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein.

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BEZUGSZEICHENLISTE

	10	Lageranordnung
	11	Spindel kasten
	12	Welle
1 Π	13	Well ennase
χ \J	14	Futter
	15	WeI 1 enlagerdurchmesser
	16	Laufkranz
	17	Wälzlager
1 R	18	Laufkranz
	19	Lagerbohrung
	20	Wellenadapter i
	21	Flansch
	22	Maschinenbasis
20	23	Kopfschrauben
	24	Gewindebohrungen
	25	Bohrung
	26	reduzierter Durchmesser
	27	Hohl raum
25	28	Ende
	29	Haltedurchmesser
	30	Bohrung
	31	Dichtungen
	32	Dämpfungskammer
30	33	Zugangsbohrung
	34	Wandung
	35	viskoses Medium
	36	Fläche
	37	Dichtungsträgerkappe
35	38	Dichtung
	39	Wellendichtdurchmesser
	40	Ende der Welle
	41	Wälzlager

42 Lageradapter

43 Wand

Claims

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O 8023 Mime hfn Pullach, Wiener Sir ?. ToI. (D19J 7:93 SU 71. \;lnx ^£> 21? K7 bros d. Cnhlcs· -F-.itcntihu:,·· München

' ■·' ^: 340896A

CINCINNATI MILACRON INDUSTRIES, INC.,
4701 Marburg Avenue,

Cincinnati, Ohio 45209, USA

Case 8305F J>X 12. März 1984

Re-au

PATENTANSPRÜCHE

.yWerkzeugmaschine nfit einer Maschinenbasis und einer Welle, die in der Maschinenbasis drehbar gelagert ist, wobei die Welle eine Wellennase aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß eine Wellendämpfiingsanordnung vorgesehen ist, wobei

(a) ein länglicher Wellenadapter einen Lagerdurchmesser nahe seines einen Endes und eine Adapterbefestigungsfläche nahe dem gegenüberliegenden Ende aufweist,

(b) ein Lager in dem Lagerdurchmesser angeordnet ist, welches die Welle in diesem Adapter bei einem Wellentragdurchmesser in der Nähe der Wellennase hält,

(c) eine äußere Fläche an der Maschinenbasis vorgesehen ist und ein Dämpfungshohlraum sich in die Basis von der äußeren Fläche zu einem Hohlraumende nahe einer Adapterbefestigungsfläche an der Basis erstreckt,

(d) eine Dämpfungsfläche auf dem Wellenadapter sich zwischen der Adapterbefestigungsfläche und dem Lagerdurchmesser erstreckt, wobei die Dämpfungsfläche entsprechend dem Basishohlraum ausgebildet ist und von diesem beabstandet ist, so daß zwischen dem Lager und der Adapterbefestigungsfläche eine langgestreckte Dämpfungskammer gebildet wird,

(e) ein Dämpfungsmedium in der Dämpfungskammer vorgesehen ist,

wobei der Wellenadapter an seinem festen Ende kragarmförmig von d&r Basis getragen wird und an seinem freien Ende das Wellenlager trägt, wobei Vibrationen an einem Punkt zwischen dem festen und dem freien Ende gedämpft werden.
2. Gedämpfte Wellenanordnung mit

(a) einer drehbaren Maschinenwelle mit einer Wellennase,

(b) einem länglichen Wellenadapter mit eine'm Lagerdurchmesser nahe einem Ende und einem Befestigungsdurchmesser nahe dem gegenüberliegenden Ende,

(c) einem Lager, welches die Welle im Wellenadapter bei einem HaI-tedurchmesser nahe der Wellennase trägt,

(d) einer Maschinenbasis, welche einen äußeren Oberflächenabschnitt und einen Dämpfungshohlraum aufweist, welcher sich in die Basis von der äußeren Fläche zu einem Hohlraumende nahe einer Uellenadapter-Befestigungsfläche erstreckt,

(e) einer Dämpfungsfläche auf dem Wellenadapter bei einem Bereich, welcher sich im allgemeinen zwischen dem Wellenadapter-Befestigungsdurchmesser und dem Wellenadapter-Lagerdurchmesser erstreckt, wobei die Dämpfungsoberfläche dem Basishohlraum entsprechend ausgebildet und von dem Basishohlraum beabstandet ist, um auf diese Weise eine im allgemeinen längliche Dämpfungskammer zu bilden, sowie

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(f) einem Dämpfungsmedium innerhalb der Dämpfungskammer.
3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung zum Abdichten der Dämpfungskammer vorgesehen ist und daß das Dämpfungsmedium ein viskoses Dämpfungsmedium ist.
4. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Dämpfungsmedium ein visko-elastisches Dämpfungsmedium ist.
5. Verfahren zum Dämpfen von Wellenvibrationen, wobei das Verfahren

folgende Schritte umfaßt:

(a) Vorsehen eines Drehlagers auf einer Welle an einem jeden Ende;

(b) Befestigen eines Endes eines länglichen Wellenadapters an einem

der Drehlager, wobei sich der Adapter in Richtung auf das andere Lager erstreckt;

(c) Befestigen des gegenüberliegenden Endes des Adapters in einer Maschinenbasis;

(d) Halten des anderen Drehlagers in der Maschinenbasis;

(e) Vorsehen einer Dämpfungskammer innerhalb der Maschinenbasis im allgemeinen zwischen den Enden des letzten Adapters;

(f) Vorsehen einer Dämpfungsfläche auf dem Wellenadapter, welche dem Dämpfungshohlraum entspricht; und

(g) Vorsehen eines Dämpfungsmediums innerhalb des Dämpfungshohlraums.
6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei der Schritt (g) den Schritt einschließt, ein viskoses Dämpfungsmedium innerhalb des Dämpfungshohlraums vorzusehen, und wobei das Verfahren weiterhin den Schritt umfaßt, die Dämpfungskammer abzudichten.
7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt (g) den Schritt umfaßt, ein visko-elastisches Dämpfungsmedium innerhalb des Dämpfungshohlraums vorzusehen. 5