DE3421043C2

DE3421043C2 -

Info

Publication number: DE3421043C2
Application number: DE3421043A
Authority: DE
Inventors: Tadeusz W. Cincinnati Ohio Us Piotrowski
Original assignee: Milacron Inc
Current assignee: Milacron Inc
Priority date: 1983-06-08
Filing date: 1984-06-06
Publication date: 1992-04-02
Also published as: JPS59227341A; US4529255A; FR2547227A1; DE3421043A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Schwingungsdämpfer für Schlittenführungen an Werkzeugmaschinen mit einem mit einer Führungseinheit zusammenwirkenden und gegenüber dieser verschiebbaren Schlitten, mit einem an dem Schlitten ge haltenen, zusammen mit diesem bezüglich der Führungseinheit bewegbaren und mit der Führungseinheit in Berührung stehenden Dämpfungselement, welches senkrecht zur Bewegungsrichtung in Vibrationsbewegungen anhebbar und ab senkbar ist, wobei die Schlittenlast aufnehmende Lager zwischen dem Schlit ten und der Führungseinheit vorgesehen sind und das Dämpfungselement last frei und unabhängig von den Lagern ausgebildet ist.

Ein Schwingungsdämpfer für Schlittenführungen an Werkzeugmaschinen dieser Art ist aus der US 36 73 918 bekannt. Bei dieser bekannten Konstruktion ist der Schwingungsdämpfer jedoch als Reibungsdämpfer ausgebildet. Hierzu sind gebohrte Öffnungen vorgesehen, welche als Führung für einen Reibungsschuh dienen und welche an ihren Innenenden Federeinrichtungen aufnehmen, die federnd den gewünschten Reibungsdruck des Reibungsschuhs gegen die dazuge hörige Führung erzeugen. Die Federeinrichtungen können hierbei als mechani sche Federn oder als hydraulische Federn ausgebildet sein.

Ausgehend von einem Schwingungsdämpfer dieser Art liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Dämpfungswirkung bei extrem kompakter Bauweise zu erreichen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Dämpfungselement aus einer Dämpferplatte besteht, daß Einrichtungen vorgesehen sind, die eine zwischen der Dämpferplatte und dem Schlitten wirksame geschlossene Dämpfungskammer bilden, und daß ein Dämpfungsmedium in der Dämpfungskammer enthalten ist.

Durch die erfindungsgemäß vorgesehene Art der Dämpfung wird insgesamt eine verbesserte dynamische Steifigkeit bei spanabhebenden Werkzeugmaschinen erzielt, wobei das Dämpfungssystem kompakt und leicht zu warten ist, da es sich um ein abgeschlossenes und abgedichtetes System handelt. Diese vor teilhaften Wirkungen werden dadurch erreicht, daß in dem geschlossenen System eine konstante Menge an Dämpfungsmedium aufrechterhalten bleibt, wo durch es zu einer absolut gleichmäßigen Dämpfung kommt, während im Gegen satz hierzu bei weiter unten erwähnten hydrostatischen Systemen durch Leck verluste die vorhandenen Flüssigkeitsmengen geändert werden. Hinzu kommt, daß die Dämpferplatte vergleichsweise frei beweglich gegen das Dämpfungs medium gelagert ist, da die Dämpferplatte die Schlittenlast in keiner Weise trägt. Im Gegensatz hierzu werden nach dem Stand der Technik die hydrosta tischen Schlittenlager hauptsächlich zur Aufnahme der Schlittenlasten ver wendet und weisen ausgesprochen geringe Dämpfungseigenschaften auf.

Aus der DE-OS 21 04 612 ist zwar eine Schlittenführung mit einer schwin gungsdämpfenden Dämpfungskammer bekannt, welche jedoch nicht geschlossen ist, sondern über eine Drosselstelle mit einem Druckölbehälter verbunden ist und somit keine kompakte Bauweise zuläßt. Darüber hinaus ist der mit der Dämpfungskammer in Verbindung stehende Kolben gleichzeitig als lasttragen der Teil ausgebildet.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform nach der Erfindung beträgt die Höhe der Dämpfungskammer senkrecht zur Dämpferplatte und dem Schlitten in dem mit der Führungseinheit zusammengebauten Ruhezustand 0,127 mm bis 0,635 mm.

Als Dämpfungsmedium in der Dämpfungskammer ist bevorzugt ein viskoses Mit tel enthalten.

Alternativ hierzu kann es vorteilhaft sein, daß das Dämpfungsmedium in der Dämpfungskammer als visko-elastisches Element ausgebildet ist.

Im einzelnen kann die Erfindung dadurch weitergebildet werden, daß die Dämpfungskammer gegen Leckverlust abgedichtet ist.

Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform nach der Erfindung ist die Dämpferplatte mit einer dünnen Schicht aus reibungsarmen Material be schichtet.

Im folgenden wird eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung anhand der Zeichnungen beispielsweise näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer die vorliegende Erfindung benutzenden Werkzeugmaschine;

Fig. 2 eine Ansicht der Gleitbahn, geschnitten entlang der Linie 2-2 aus Fig. 1;

Fig. 3 eine Draufsicht auf den Führungsschlitten, geschnitten entlang der Linie 3-3 aus Fig. 2;

Fig. 4 einen Aufriß der Gleitbahn, geschnitten entlang der Linie 4-4 aus Fig. 2;

Fig. 5 eine Unteransicht der Dämpferplatte, geschnitten entlang der Linie 5-5 aus Fig. 2;

Fig. 6; eine Schnittdarstellung der Nut der Dämpferplatte entlang der Linie 6-6 aus Fig. 5;

Fig. 7 eine Schnittdarstellung gemäß Fig. 4 durch eine weitere Ausgestal tung der Erfindung;

Fig. 8 einen geschnittenen Aufriß einer weiteren Ausgestaltung;

Fig. 9 einen geschnittenen Aufriß einer weiteren Ausgestaltung.

Fig. 1 zeigt eine Werkzeugmaschine 10 mit verschiedenen Werkzeugmaschinen- Führungsschlitten, die auf Gleitbahnen verschiebbar sind, und im speziellen einen bestimmten Schlitten 11, der auf dem horizontalen Tisch auf horizon talen Gleitbahnen 12 des Trägerteils 13 getragen wird. Die Gleitbahnen 12 können als zusätzliche Führungsschlitten oder Führungseinheiten betrachtet werden, die bezüglich des Schlittens 11 verschiebbar sind. Fig. 2 ist eine Schnittdarstellung durch die Gleitbahn 12 aus Fig. 1, in der dargestellt ist, daß die Gleitbahn 12 den verschieb- oder bewegbaren Schlitten 11 trägt, der aus einem Metallgußblock besteht, über dessen gesamte Länge eine Nut 14 herausgearbeitet ist, in die die Gleitbahn 12 eingreift. An den je weiligen Enden 15, 16 der Nut 14 in dem Schlitten 111werden Stützelemente gehalten, die aus umlaufenden, allgemein unter dem Warenzeichen "Tychoway"- Rollenlager erhältlichen Führungsrollenlagern 17 bestehen. Das Führungs rollenlager 17 wird im beweglichen Schlitten 11 durch Reibungskräfte ge halten und dient zum reibungsarmen Lagern der Hauptlast des Schlittens 11. Der mittlere Bereich der Nut 14 umgibt eine Dämpferplatte 19, die aus einer länglichen Metallstange rechteckigen Querschnitts besteht und deren Dicke geringer ist als die verbleibende Tiefe der Nut zwischen deren Grundfläche und der Gleitbahn 12. Die Dämpferplatte 19 weist eine Nut 20 auf, die einen O-Ring 21 enthält, der gegen die obere Nutfläche 22 des Schlittens 11 ab dichtet und somit eine dünne Dämpfungskammer 23 zwischen der Dämpferplatte 19 und dem Schlitten 11 bildet.

Zur Druckschichtdämpfung sollte die Dämpfungskammer 23 bezüglich der Be wegung der Platte dünn sein, im allgemeinen beispielsweise im Bereich von 0,0127 mm bis 0,635 mm. Die Dämpferplatte 19 liegt auf der Gleitbahn 12 auf und ist mit einer dünnen Schicht 24 aus reibungsarmem Material, wie bei spielsweise Teflon, beschichtet.

Die Dämpferplatte 19 kann sich bezüglich der Gleitbahn 12 und des Schlit tens 11 unter Einfluß von Maschinenschwingungen in senkrechter Richtung bewegen, ist jedoch genau in die Nut 14 eingepaßt und wird in Längsrich tung des Schlittens 11 festgehalten, so daß die Dämpferplatte 19 beim Ver fahren des Schlittens 11 mit bewegt wird. Der Schlitten 11 weist innere Kanäle 25 und Sprühdüsen 26 auf, um eine Ölnebelschmierung auf die Wälz lager 17 aufzubringen, sowie einen Einfüllkanal 27, der von außen durch den Schlitten 11 zur Dämpfungskammer 23 führt, so daß ein viskoses Dämpfungs mittel, wie z. B. dickes Fett oder Öl, in die Dämpfungskammer 23 eingeführt werden kann. Das hohe Gewicht der Dämpferplatte 19 bewirkt, daß diese eine untere Ruhestellung einnimmt, in engem Kontakt mit der Gleitbahn 12. Jedoch ist zu berücksichtigen, daß bei anderen Anordnungen, eine Feder oder ein anderes Vorspannungselement zwischen der Dämpferplatte 19 und dem Schlit ten 11 vorgesehen sein kann, wenn die Schwerkraft zum Vorspannen der Dämpferplatte in einer Stellung nicht ausreicht, wie beispielsweise bei einer sehr leichten Dämpferplatte oder bei einer von einem nicht waagerech ten Führungsschlitten gehaltenen Dämpferplatte. Unter gewissen Umständen kann es vorteilhaft sein, die Nut 14 so zu gestalten, daß der O-Ring 21, in eingebautem Zustand, wie eine elastomere Feder zusammengedrückt wird, und somit zwei Funktionen erfüllt:

a) die Dämpfungskammer 23 abzudichten, und
b) die Dämpferplatte 19 durch Federkraft gegen die Gleitbahn 12 vorzuspan nen.

Gleitbahndichtungen 28 befinden sich an jedem Ende 15, 16 der Nut 14, um Verschmutzungen von der Gleitbahn 12 abzustreifen, wenn der Schlitten bewegt wird.

Die geschnittene Draufsicht von Fig. 3 zeigt, daß die Dämpferplatte 19 über die gesamte Länge der Nut 14 gehalten wird. Die Dämpferplatte 19 wird bei der Montage durch ein Paar Klemmschrauben 29, die sich durch die Seiten der Dämpferplatte 19 erstrecken, am Schlitten 11 anliegend befestigt und die Schrauben 29 werden zum Betrieb der Dämpferplatte 19 entfernt. In jedes Ende der Dämpferplatte 19 ist ein Einschnitt 30 eingearbeitet, um einen Raum für die umlaufenden Wälzlager 17 zu schaffen und um die Dämpferplatte 19 zu halten, wenn sich der Schlitten 11 bewegt. Die Dichtungsnut 20 ist als ovale Rille in der Dämpferplatte 19 dargestellt, die die O-Ring-Dich tung 21 enthält, durch die die Dämpfungskammer 23 gebildet wird.

Die Rückansicht gem. Fig. 4 zeigt einerseits wie der Schlitten 11 die Gleitbahn 12 des Maschinenunterteils 13 umgreift und andererseits, daß Wälzlager 31, 32 in Aufnahmenuten 33, 34 vorgesehen sind, um die Seiten flächen 35, 36 der rechteckigen Gleitbahn 12 zu lagern. Die Montage- Klemmschraube 29 ist in der Seite der Dämpferplatte 19 dargestellt.

Fig. 5 stellt eine Unteransicht der Dämpferplatte 19 dar, die den Ein schnitt 30 um das Wälzlager 17 zeigt und des weiteren verdeutlicht, daß in die Teflonschicht 24 der Dämpferplatte 19 eine Reihe von Hühnerleiter- Ölrinnen 37, 38 eingearbeitet sind, um Schmiertaschen zu bilden. Ein kenn zeichnender Querschnitt durch die Ölrinnen 37, 38 ist in Fig. 6 dargestellt.

Dadurch bewirkt jede Relativbewegung zwischen dem Führungsschlitten, der Dämpferplatte und der Gleitbahn, daß die Schwingungskräfte auf Grund der Druckschichtdämpfung des viskosen Dämpfungsmediums in der Dämpfungskammer 23 abgeschwächt werden, wenn Schwingungskräfte auf den von den Führungs rollenlagern 17 getragenen Schlitten 11 einwirken, wodurch die allgemeine dynamische Biegesteifigkeit der Maschine 10 verbessert wird.

Fig. 7 zeigt eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Ein visko-elastisches Dämpfungsmedium 39, wie beispielsweise PVC (Polyvinyl chlorid), ersetzt das viskose Medium in der Dämpfungskammer. Diese Ma terialart weist die Charakteristik auf, bei Verformung Energie zu vernich ten. Die visko-elastischen Materialien, die in Dämpfungselementen einge setzt werden, verhalten sich bis zu einer Belastungsgrenze völlig elastisch, jedoch fließen sie sobald diese Grenze überschritten ist, bis sich ihre Fläche vergrößert und die Belastung wieder in den elastischen Be reich sinkt.

Genaugenommen bewirkt das Ersetzen eines visko-elastischen Materials in einem Druckschichtdämpfer eine geringere Dämpfung der Anordnung, jedoch kann dies in einigen Anwendungsfällen erwünscht sein. Die visko-elastischen Materialien können, verglichen mit Gummi, eine zwanzigfache Dämpfungskapa zität aufweisen, jedoch kann die Dämpfungskapazität eines Druckschicht dämpfers diejenige eines visko-elastischen Dämpfers um das drei- bis vier fache übersteigen.

Weiter mögliche Ausgestaltungsformen sind in Fig. 8 und 9 dargestellt. Fig. 8 stellt den auf der Gleitbahn 12 gehaltenen Schlitten 11 dar, wobei eine kreisförmige Dämpferplatte 40 genau in eine Bohrung 41 im Führungsschlitten 11 eingepaßt ist. Die untere Fläche 42 der Dämpferplatte 40 wird durch einen O-Ring 43 in Eingriff mit der Gleitbahn 12 vorgespannt, wobei der O-Ring auf einem ringförmigen Absatz mit anliegender Schulter 45, die am oberen Ende 46 der Dämpferplatte 40 ausgebildet sind, gehalten wird. Die Dicke der Dämpferplatte 40 und die Tiefe der Bohrung 41 sind derart ge staltet, daß eine dünne Dämpfungskammer 47 zwischen der Dämpferplatte 40 und dem Führungsschlitten 11 gebildet wird. Die Schulter 45 ist derart ausgestaltet, daß der O-Ring 23 zusammendrückbar in seiner Stellung gehal ten wird, wobei er die Dämpfungskammer 47 abdichtet und wie eine elastomere Feder zur Vorspannung der Dämpferplatte 40 wirkt. Der Schlitten 11 weist eine Einfüllbohrung 48 und einen Verschlußstopfen 49 auf, so daß ein viskoses Dämpfungsmedium, wie beispielsweise dickes Fett oder Öl in die Dämpfungskammer 40 eingebracht werden kann.

Fig. 9 zeigt eine kreisförmige Dämpferplatte 50, die in der Bohrung 41 der Fig. 8 angebracht ist, nur daß der O-Ring 43 lediglich zu Dichtzwecken in einer ringförmigen Nut 51 entlang des Umfangs der Platte 50 angebracht ist. Eine schraubenförmige Druckfeder 52 ist in der Einfüllbohrung 48 angebracht und wird durch den Verschlußstopfen 49 gegen die Dämpferplatte 50 vorge spannt, um die Dämpferplatte 50 gegen die Gleitbahn 12 zu drücken, nachdem ein viskoses Medium in die Dämpfungskammer 47 eingebracht wurde.

An Stelle des Verschlußstopfens 49 aus Fig. 8 und 9 kann ein Schmiernippel oder etwas ähnliches vorgesehen werden.

Des weiteren kann das viskose Medium in der Dämpfungskammer unter einen über Umgebungsdruck liegenden Druck gesetzt werden, um eine Vorspannkraft auf die Dämpferplatte 40, 50 auszuüben.

Es ist selbstverständlich, daß ein (nicht dargestelltes) visko-elastisches Element in einigen Anwendungsfällen an Stelle des viskosen Mediums einge setzt werden kann.

Claims

1. Schwingungsdämpfer für Schlittenführungen an Werkzeugmaschinen mit einem mit einer Führungseinheit zusammenwirkenden und gegenüber dieser verschieb baren Schlitten, mit einem an dem Schlitten gehaltenen, zusammen mit diesem bezüglich der Führungseinheit bewegbaren und mit der Führungseinheit in Be rührung stehenden Dämpfungselement, welches senkrecht zur Bewegungsrichtung in Vibrationsbewegungen anhebbar und absenkbar ist, wobei die Schlitten last aufnehmende Lager zwischen dem Schlitten und der Führungseinheit vorgesehen sind und das Dämpfungselement lastfrei und unabhängig von den Lagern ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Dämpfungselement aus einer Dämpferplatte (19, 40, 50) besteht, daß Einrichtungen (20, 21, 43) vorgesehen sind, die eine zwischen der Dämpferplatte (19, 40, 50) und dem Schlitten wirksame geschlossene Dämpfungskammer (23, 47) bilden, und daß ein Dämpfungsmedium in der Dämpfungskammer (23, 47) enthalten ist.

2. Schwingungsdämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe der Dämpfungskammer (23, 47) senkrecht zur Dämpferplatte (19, 40, 50) und zum Schlitten (11) in dem mit der Führungseinheit (12) zusammengebauten Ruhezu stand, 0,0127 mm bis 0,635 mm beträgt.

3. Schwingungsdämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Dämpfungsmedium in der Dämpfungskammer (23, 27) ein viskoses Mittel ent halten ist.

4. Schwingungsdämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Dämpfungsmedium in der Dämpfungskammer (23, 24) als visko-elastisches Element ausgebildet ist.

5. Schwingungsdämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn zeichnet, daß die Dämpfungskammer (23, 47) gegen Leckverlust abgedichtet ist.

6. Schwingungsdämpfer nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, daß die Dämpferplatte (19) mit einer dünnen Schicht (24) aus reibungsarmem Material beschichtet ist.