DE3408964C2 - - Google Patents

Description

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

• - einen länglichen Wellenadapter, der einen Lagerdurch­ messer nahe seines freien Endes und eine Adapterbefesti­ gungsfläche nahe dem gegenüberliegenden Ende aufweist,
• - ein Lager, das in dem Lagerdurchmesser angeordnet ist und welches die Welle in diesem Adapter bei einem Wellen­ tragdurchmesser hält,
• - eine äußere Fläche an der Maschinenbasis und einen Dämp­ fungshohlraum, 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 ausge­ bildet 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 er­ sichtlich, 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 Ge­ schwindigkeiten 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 Lager­ struktur 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 be­ findet.

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 ei­ nem 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 gleichzei­ tig statisch mit höchster Steifigkeit auszubilden. Eine hohe statische Steifigkeit in diesem Bereich führt jedoch dazu, daß induzierte Vibrationen lediglich durch die Ma­ terialeigenschaften 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 inner­ halb einer steifen Konstruktion mit hoher, statischer Steifigkeit gelagert ist, wobei sich der Dämpfungshohlraum bis nahe der Adapterbefestigungsfläche an der Maschinen­ basis erstreckt und die Dämpfungsfläche auf dem Wellenadap­ ter sich zwischen der Adapterbefestigungsfläche und dem Lagerdurchmesser erstreckt, so daß sich die Dämpfungskam­ mer 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 Dämpfungs­ medium sein.

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

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

Es ist eine gedämpfte Wellenlageranord­ nung 10 dargestellt, wobei in einem typischen Maschinen­ spindelkasten 11 eine Welle 12 ein freies Ende 13 zum Tra­ gen eines Futters 14 für das Werkstück aufweist, und die Welle 12 ist mit einem Wellenlagerdurchmesser 15 versehen, welcher im inneren Laufkranz 16 eines Doppelreihen-Wälzla­ gers 17 aufgenommen ist. Das Wälzlager 17 weist einen äuße­ ren 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 Lager­ bohrung 19 eines Wellenadapters 20 getragen, welcher im all­ gemeinen zylindrisch ist und einen äußeren Flansch 21 auf­ weist, um den Adapter 20 in einer Maschinenbasis 22 zu be­ festigen. Durch den Adapterflansch 21 sind langgestreckte Kopfschrauben 23 geführt und in Gewindebohrungen 24 am Ende einer erweiterten Bohrung 25 in der Maschinenba­ sis 22 aufgenommen, so daß eine geringfügige relative seitliche Bewegung der Schrauben 23 aufgrund einer Bewe­ gung des Wellenadapters 20 unter dem Einfluß von Maschi­ nenvibrationen möglich ist.

Ein reduzierter Durchmesser des Wellenadapters 20 bildet eine Dämpfungsfläche 26 und erstreckt sich in einen ent­ sprechenden Dämpfungshohlraum 27 hinein, welcher in die Maschinenbasis 22 eingearbeitet ist, und am Ende 28 des Dämpfungshohlraums 27 befindet sich eine Adapterbefesti­ gungsfläche 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 Wellen­ adapter 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 Auffül­ len 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 jed­ wede innere Schmierung, welche für das Lager 17 vorgese­ hen ist, nach außen nicht verloren geht. Das rückwärtige Ende 40 der Welle 12 ist in konventioneller Weise in ei­ nem Wälzlager 41 getragen, welches direkt mittels eines Lageradapters 42 und der rückwärtigen Wand 43 der Maschi­ nenbasis 22 getragen und abgestützt ist.

Es ist daher ersichtlich, daß das rückwärtige Ende 40 der Welle 12 in konventioneller Weise innerhalb einer stei­ fen Konstruktion mit einer hohen statischen Steifheit ge­ tragen ist, während das vordere Ende der Welle 12 in ei­ ner 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 ei­ ner guten Konstruktion ist. Wenn die Dämpfungskammer 32 mit einem viskosen Medium 35 gefüllt ist und es dem Adap­ ter 20 möglich ist, sich bezüglich der Maschinenbasis 22 relativ zu bewegen, d. h. unter dem Einfluß von Maschinen­ vibrationen und bei hohen Vibrationsraten seitlich abge­ lenkt zu werden, so werden jedoch tatsächlich die Vibra­ tionen aufgrund des als Preßfilmdämpfung bekannten Phäno­ mens gedämpft, wobei die Relativbewegung zwischen Wellen­ adapter 20 und Maschinenbasis 22, ständig das Dämpfungs­ fluid 35 komprimiert und expandiert. Die Gesamtwirkung hiervon besteht darin, daß eine hohe dynamische Steifig­ keit 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 Ma­ terial hat die Eigenschaft, daß es in der Lage ist, Ener­ gie aufzubrauchen bzw. zu vernichten, wenn es verlagert bzw. versetzt wird. Die in Dämpfungseinheiten verwende­ ten 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 wer­ den.

Genau genommen folgt aus dem direkten Ersatz eines visko­ elastischen Materials in einen Dämpfer, der für einen Preßfilm ausgelegt ist, eine etwas geringere Dämpfung der Struktur, für bestimmte Anwendungen kann dies jedoch ge­ eignet 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 vier­ mal höher liegt als diejenige eines visko-elastischen Dämp­ fers.

Claims (4)

1. Werkzeugmaschine mit einer Maschinenbasis und einer Wel­ le, die in der Maschinenbasis drehbar gelagert ist, wobei eine Wellendämpfungsanordnung vorgesehen ist, die folgendes umfaßt:

• - einen länglichen Wellenadapter, der einen Längsdurchmes­ ser nahe seines freien Endes und eine Adapterbefestigungs­ fläche nahe dem gegenüberliegenden Ende aufweist,
• - ein Lager, das in dem Lagerdurchmesser angeordnet ist und welches die Welle in diesem Adapter bei einem Wellen­ tragdurchmesser hält,
• - eine äußere Fläche an der Maschinenbasis und einen Däm­ pfungshohlraum, 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 ausgebil­ det 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 kragarmför­ mit 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 getra­ gen ist, und daß die Welle (12) am gegenüberliegenden En­ de (40) in bekannter Weise innerhalb einer steifen Kon­ struktion (41, 42, 43) mit hoher, statischer Steifigkeit gelagert ist, wobei sich der Dämpfungshohlraum (27) bis nahe der Adapterbefestigungsfläche (29) an der Maschinen­ basis (22) erstreckt und die Dämpfungsfläche (26) auf dem Wellenadapter (20) sich zwischen der Adapterbefestigungs­ fläche (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.

2. Werkzeugmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß bei Verwendung eines viskosen Dämpfungsmediums die Dämpfungskammer (32) geschlossen und abgedichtet aus­ gebildet ist.

3. Werkzeugmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß das Dämpfungsmedium ein visko-elastisches Dämp­ fungsmedium ist.