DE4241818C2 - Dämpfungsvorrichtung für Linear-Wälzlager-Führungen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Dämpfungsvorrichtung nach dem Oberbe­ griff des Anspruchs 1.

Um ein Maschinenteil gegenüber einem anderen Maschinenteil beispielsweise entlang einer Führungsschiene präzise und leichtgängig verschieben zu können, wendet man Linear-Wälzlager-Führungen an. Diese haben systembedingt eine im Vergleich zu Linear-Gleit-Führungen geringe Dämpfung.

Es können unter gewissen Voraussetzungen unerwünschte Schwingungen auftreten, die man durch Dämpfung zu reduzieren sucht. Bei den Hochge­ schwindigkeits-Werkzeugmaschinen ist es sinnvoll, nur Wälz-Führungen anzu­ wenden. Das Problem der Schwingungen ist dort besonders groß. Um dieses Problem zu lösen, sind mechanische Reibungsdämpfer bekannt geworden, die mit Federn auf die Wälzkörper wirken. Die dabei erzielte Dämpfung ist in der Regel klein. Dabei erscheinen zwei unerwünschte Nebenwirkungen: eine verminderte Lebensdauer der Wälzkörper und eine Bremswirkung, die das Positionieren im Zuge der normalen Bewegung der Teile behindert.

Es ist weiterhin die Lösung mit der Vorspannung der Linear-Wälzführungsteile bekannt, womit nur die Steifigkeit und somit die Frequenz vergrößert und die Amplituden der Schwingungen verringert werden können. Man hat dazu auch schon vorgeschlagen, zwischen der Führungsschiene und dem entlang dersel­ ben mittels Wälzkörper geführten Maschinenteil einen auf der Führungsschiene verschieblichen Gleitschuh vorzusehen, wobei in dem Spalt zwischen dem Gleitschuh und der Führungsschiene eine Dämpfungsflüssigkeit, bzw. Schmier­ öl, vorgesehen ist. Die Dämpfung der Schwingungen erfolgt dabei durch Ver­ drängung der Dämpfungsflüssigkeit (Squeeze-Film-Dämpfung). Aus technischen Gründen kann hier als Dämpfungsflüssigkeit nur Schmieröl entsprechender Viskosität gewählt werden, welches für die Linear-Wälzführung geeignet ist.

Um eine ausreichenden Dämpfkraft zu erhalten, ist ein optimaler Spalt, der einen hohen Montageaufwand bedingt, erforderlich. Bei zu großem Spalt ist die Dämpfkraft zu klein und die Schwingungsamplitude wird nicht verringert. Bei zu kleinem Spalt erfolgt die Übertragung der Führungskraft auf die Führungs­ schiene über die Gleitführung der Dämpfungseinrichtung und nicht über die reibungsarme Linear-Wälzlagerung, womit die Vorteile der Linear-Wälzlager-Führung verschwinden. Die Genauigkeit der Vorschubbewegung kann durch eine unkontrollierte Bremswirkung beeinträchtigt werden. Zudem läuft im Betrieb ein Teil der Dämpfungsflüssigkeit aus. Führungsschiene, Wälzkörper, andere Vorrichtungsteile und oft die Werkstücke kommen deshalb mit der Dämpfungsflüssigkeit in Berührung, was unerwünschte Folgen nebst der Um­ weltbelastung haben kann. Außerdem muß die ausgefahrene Dämpfungsflüssig­ keit ersetzt werden, wenn die Dämpfungswirkung erhalten bleiben soll.

Bekannte Dämpfungsvorrichtungen für Linearführungen zeigen Dämpfungs­ schlitten, bei denen der Dämpferteil jeweils parallel zu einem wälzgeführten Linearführungsteil angeordnet ist. So befindet sich bei einer Linearführungsein­ heit nach der EP 0 391 072 A1 ein Schlitten mit einer Dämpfungseinrichtung zwischen zwei auf der Führungsschiene längsverschieblich gelagerten Führungs­ wagen. Der Dämpfungsspalt liegt dabei zwischen dem Schlitten und der Füh­ rungsschiene.

Bei einem Werkzeugmaschinen-Führungsdämpfer nach der US 4 529 255 liegt eine Dämpferplatte zwischen zwei Rollenumlauflagern. Die Dämpferplatte ist als Gleitlagerung ausgebildet und weist eine Dämpferkammer auf, die als Spaltdämpfung zwischen dem Führungswagen und der Führungsschiene aufge­ baut ist. Die Führungsvorrichtung nach der DE 37 42 965 A1 weist einen Reibungsdämpfer auf, der parallel zur Kugelumlauflagerung an der Führungs­ schiene angreift, wobei die Reibkraft regelbar ist.

Aus der US 3 058 559 hingegen ist eine Spindellagerung bekannt, bei der auftretende Biegeschwingungen der Welle mittels Fluiddämpfung gedämpft werden, welche die Welle konzentrisch umgeben. Dabei erfolgt die Dämpfung sowohl durch die innere Reibung des Fluids, als auch durch die Drosselung an radialen Bohrungen, welche die Kammern miteinander verbinden. Ein Hinweis auf die Verwendbarkeit bei Linearlagerungen ist weder dieser noch den übrigen Druckschriften entnehmbar.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die unerwünschten Schwingungen an den gegenseitig geführt beweglichen Teilen zu vermeiden, ohne die Nachtei­ le der bekannten Vorrichtungen in Kauf zu nehmen.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird die im Anspruch 1 gekennzeichnete Vorrich­ tung vorgeschlagen. Die erfindungsgemäße Lösung bietet folgende Vorteile:

• - eine einfache und billige Fertigung,
• - eine einfache und billige Abdichtung des Dämpfungsraumes nach außen,
• - eine Vereinfachung von Montage und Service und
• - eine größere Steifheit des Dämpfungswagens.

Die Erfindung ist in den Fig. 1 bis 3 dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 ein Schaubild einer Vorrichtung mit einem durch eine Schrau­ benspindel bewegbaren, teilweise gebrochen dargestellten Rolltisch;

Fig. 2 einen Querschnitt durch einen Dämpfungswagen;

Fig. 3 eine Seitenansicht des Dämpfungswagens mit einem Teil­ schnitt.

Ein erstes Dämpferteil 2 eines Dämpfungswagens oder Dämpfungsschlittens 7 ist mit einem zugehörigen, auf einer Führung rollenden, bewegbaren Wälzkör­ perlager 13 und ein zweites Dämpferteil 5a, 5b, 5c mit einem zweiten Maschi­ nenteil 4 verbunden. Zwischen den Dämpferteilen 2, 5a, 5b, 5c befinden sich Dämpfungsspalte 6a, 6b, 6c.

Das erste Dämpferteil 2 weist in der Schienenrichtung Längsbohrungen 12 mit konstantem Querschnitt auf. Es kann eine beliebige Form des Querschnitts verwendet werden. Hier ist die einfachste und meistverwendete Form des Kreiszylinders vorgesehen worden. In Bohrungen 12 sind die Wellen 5a, 5b, 5c des zweiten Maschinenteils eingeführt. Die Welle 5a, 5b, 5c weist jeweils einen geringeren Durchmesser als die Bohrung 12 auf. Es entsteht somit ein Dämp­ fungsspalt 6a, 6b, 6c. Die Größe des Spaltes kann entsprechend dem Anwen­ dungsfall und der Viskosität der Dämpfungsflüssigkeit gewählt werden. Sie beträgt zwischen 1/100 und 4/100 mm. Die Dämpfungsflüssigkeit im Spalt muß luftfrei sein. Die beiden Endseiten des Dämpferteils sind durch Dichtungen 11 (Fig. 2) elastisch verschlossen, die zwischen der Welle 5a, 5b, 5c und der Bohrung 12 angeordnet sind. Es können auch Labyrinthkanäle 70 vorgesehen werden. Die Dämpfungsflüssigkeit ist unverlierbar gekapselt.

Die Dämpfung der Schwingungen erfolgt dabei durch Verdrängung der Dämp­ fungsflüssigkeit (Squeeze-Film-Dämpfung). Diese Anordnung, wie auch die Anordnung gemäß Fig. 11 der Hauptanmeldung, benötigt keinen Ausgleichs­ raum. Die Fertigungskosten bleiben gering.

Es ist bekannt, daß die Dämpfungswirkung eines relativ kleinen Zylinders gering ist. Die einfache Summe von Dämpfungswirkungen mehrerer Zylinder ist ebenfalls nicht ausreichend. Um die Dämpfungswirkung deutlich zu erhöhen, sind die Dämpfungsräume jedes Zylinders durch Längsdichtungen 10 unterteilt und mit Kanälen 52 so miteinander verbunden, daß nur ein Dämpfungsraum mit einem Oberteil 20 und einem Unterteil 21 entsteht, die miteinander durch Dämpfungsspalte der äußeren Zylinder kommunizierend verbunden sind.

Die Kommunizierungskanäle bzw. Bohrungen 52 dienen auch zum Füllen und Entlüften des Dämpfungsraumes. Es sind mehrere Bohrungen entlang des Dämpfungsschuhs vorgesehen. Nach Beendigung der Füllung werden die Bohrungen durch Dichtschrauben 60 verschlossen. Die Schwingungsbewegung in der Richtung des Pfeiles A wird an jeder Welle übertragen.

Die Dämpfungsflüssigkeit aus dem unteren Teil des Dämpfungsraumes wird über die beiden Seiten nach oben verdrängt. Es entsteht eine Dämpfungskraft mit den anteiligen Komponenten Fd1, Fd2, Fd3 an jedem Dämpfungssegment. Die größte Dämpfungskraft Fd2 entsteht in der Mitte des Dämpfungswagens 7.

Claims (6)

1. Dämpfungsvorrichtung für gegenseitig geführt bewegbare Maschinenteile (1, 4), von denen das erste Maschinenteil (1) mit einer Führung (3) und das zweite Maschinenteil (4) mit einem auf der Führung (3) rollend bewegbaren Wälzkör­ perlager (8) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein Dämpfungsschlit­ ten (7) vorgesehen ist, der zwei gegeneinander begrenzt bewegliche Dämpfer­ teile (2, 5a, 5b, 5c) aufweist, von denen das erste Dämpferteil (2) mit einem zugehörigen, auf der Führung (3) rollend bewegbaren Wälzkörperlager (13) und das zweite Dämpferteil (5a, 5b, 5c) mit einem zweiten Maschinenteil (4) ver­ bunden ist, wobei die beiden Dämpferteile (2, 5a, 5b, 5c) zwischen sich einen Dämpfungsspalt (6a, 6b, 6c) bilden, in welchen fließfähiges Dämpfungsmedium im Betrieb unverlierbar angeordnet ist, nach Patent 42 34 844, wobei das Dämpferteil (2), das mit dem rollend bewegbaren Wälzkörperlager (13) ver­ bunden ist, mindestens zwei Bohrungen (12) aufweist und das zweite Dämpfer­ teil (5) die gleiche Anzahl Wellen (5a, 5b, 5c) aufweist, wobei zwischen den Wellen (5a, 5b, 5c) und den Bohrungen (12) ein Dämpfungsraum (6a, 6b, 6c) entsteht, der an beiden Enden dicht verschlossen ist.

2. Dämpfungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dämpfungsspalte (6a, 6b, 6c) miteinander durch Kanäle (52) verbunden sind.

3. Dämpfungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Dämpfungsräume (5a, 5b, 5c) mit Längsdichtungen (10) versehen sind und zusammen mit den Kanälen (52) einen einzigen Dämpfungs­ raum bilden.

4. Dämpfungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Kanäle (52) zugleich als Füll- und Entlüftungskanäle für die Dämpfungsflüssigkeit dienen, die beidseitig mit Verschlußschrauben (60) dicht verschlossen sind.

5. Dämpfungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Dämpfungsraum auf beiden Stirnseiten des Dämpfungswagens (7) mit elastischen Dichtungen (11) abgedichtet ist.

6. Dämpfungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Wellen (5a, 5b, 5c) über Joche (14) durch Schrauben (9) mit dem Maschinenteil (1) verbunden sind.