DE4227366A1

DE4227366A1 - Lagerung mit Dämpfung

Info

Publication number: DE4227366A1
Application number: DE4227366A
Authority: DE
Inventors: Heinz Greiner
Original assignee: INA Waelzlager Schaeffler OHG
Current assignee: Greiner Heinz 73061 Ebersbach De
Priority date: 1992-08-19
Filing date: 1992-08-19
Publication date: 1994-02-24

Description

Die Erfindung betrifft eine Lagerung mit einem ersten Lagerelement und einem zweiten Lagerelement, die relativ zueinander über mindestens ein Radiallager drehbar und in mindestens einer Axialrichtung durch Axiallager ortsfest zueinander gelagert sind, mit Mitteln zur Dämpfung von axialen Schwingungen zwischen erstem und zweitem Lagerele ment.

Auf Lagerungen der vorbeschriebenen Art wirken äußere Kräfte ein, welche je nach Einsatzfall auch von Schwingungen überlagert werden können. Beim Einsatz solcher Lagerungen, beispielsweise bei Werkzeugmaschinen für Spindellagerungen, können Schwingungen, die sich bei der Bearbeitung eines Werkstückes ergeben, zu einer Beein flussung der Güte der bearbeiteten Oberfläche führen.

In Zusammenhang mit Längsführungen ist es bekannt, zusätz lich sogenannte Dämpfungsschlitten vorzusehen, die eine Dämpfung der schwingenden Beanspruchung durch die Auflast verringern (Seite 5 der Druckschrift RUE "Rollenumlauf einheiten", 01. 08. 1989, überarbeiteter Nachdruck, INA Lineartechnik oHG, D 6650 Homburg/Saar).

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Lagerung für zueinander drehbar gelagerte Bauteile zu schaffen, bei der eine Dämpfung der in axialer Richtung auftretenden Schwingungen stattfindet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß dem ersten Lagerelement erste Dämpfungsmittel und dem zweiten Lagerelement mit diesen zusammenwirkende zweite Dämpfungs mittel zugeordnet sind, daß die ersten und zweiten Dämpfungsmittel in Drehrichtung zueinander drehfest ge halten sind und daß eines der Dämpfungsmittel am zuge hörigen Lagerelement über radial und axial wirkende Lager abgestützt ist.

Von Vorteil bei dieser Ausbildung ist, daß die Dämpfungs mittel, die den beiden Lagerelementen zugeordnet sind, zueinander keine drehende Relativbewegung ausführen. Sie wirken also nicht wirkungsgradverschlechternd auf die Lagerung ein.

Für eine erste Ausführungsform ist in Konkretisierung der erfindungsgemäßen Lösung vorgeschlagen, daß die Dämpfungsmittel einen hydraulischen Quetschfilmdämpfer mit mindestens einem Dämpfungsspalt bilden, welcher als erstes Dämpfungsmittel dem ersten Lagerelement zugeordnete erste Dämpfungsflächen und jeweils diesen gegenüberliegende, dem zweiten Lagerelement zugehörige zweite Dämpfungsflächen als zweite Dämpfungsmittel und ein dazwischen angeordnetes flüssiges Dämpfungsmedium umfaßt.

Da der Flüssigkeitsfilm zwischen den einander gegenüber liegenden Dämpfungsflächen stillsteht, entsteht auch keine die Lagerung beeinflussende Reibung. Vorzugsweise liegt der Dämpfungsspalt in der Größenordnung zwischen 5 und 50 m. Als Dämpfungsmedium kommt beispielsweise Öl in Frage.

Bei einer ersten Variante mit einem Dämpfungsspalt ist vorgesehen, daß die erste und die zweite Dämpfungsfläche jeweils von einer den beiden Lagerelementen zugehörigen gegenüberliegenden Kreisringflächen dargestellt sind, die mit geringem Abstand zueinander angeordnet sind, wobei der Dämpfungsspalt über Dichtungen zum Einschluß des Dämpfungsmediums abgedichtet ist.

Für eine zweite Ausbildungsvariante mit mehreren Dämpfungsspalten ist vorgesehen, mindestens einen Teil der Dämpfungsflächen durch als Kreisringe gestaltete Dämpfungsplatten darzustellen, die abwechselnd dem ersten und zweiten Lagerelement zugeordnet sind und sich zu mindest teilweise radial überlappen. Dabei sind die Dämpfungsplatten in einem nach außen abgedichteten, das Dämpfungsmedium enthaltenden Dämpfungsraum angeordnet. Hierdurch kann die Dämpfung verstärkt werden.

Um eine dem jeweiligen Anwendungsfall angepaßte Dämpfung erreichen zu können, ist vorgeschlagen, mindestens einen der Dämpfungsspalte einstellbar zu gestalten.

Für die Konkretisierung dieses Merkmales ist vorgesehen, daß mindestens ein eine der Dämpfungsflächen enthaltendes Bauteil zu dem die gegenüberliegende Dämpfungsfläche ent haltenden Bauteil verstellbar ist. Vorzugsweise sind zur Verstellung ein oder mehrere Piezo-Aktuatoren vorgesehen.

Eine aktive Dämpfung kann auch dadurch erreicht werden, daß als Dämpfungsmedium eine elektro-rheologische Flüssig keit gewählt wird. Eine solche Flüssigkeit ändert durch Anlegen einer Spannung und proportional zu der Spannung seine Viskosität.

Alternativ werden als Dämpfungsmittel dem ersten und zweiten Lagerelement wechselweise zugeordnete, in flächigem Reibkontakt zueinander befindliche Reibelemente oder dauermagnetische oder elektromagnetische Dämpfer vorgeschlagen.

Um eine aktive Dämpfung, d. h. sich anpassende Dämpfung zu erreichen, ist vorgeschlagen, daß eine Meßeinrichtung vorgesehen ist, die die relativen axialen Verstellungen der Dämpfungsmittel einander gegenüber feststellt. Die Meßgrößen können zur Veränderung der Dämpfungseigen schaften, beispielsweise einer elektro-rheologischen Flüssigkeit als Dämpfungsmedium oder zur Dämpfungs spalteinstellung genutzt werden.

Ein bevorzugtes Anwendungsgebiet für solche Lagerungen ist das der Lagerung von Spindeln, angetriebenen Muttern, Hauptspindellagerungen bei Werkzeugmaschinen oder der gleichen.

Zwei bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung schematisch dargestellt.

Es zeigt

Fig. 1 einen Halblängsschnitt durch eine Lagerungsanord nung mit einem Dämpfungsspalt und

Fig. 2 eine Lagerungsanordnung mit mehreren Dämpfungs spalten.

Aus Fig. 1 ist ein erstes Lagerelement 1 ersichtlich, das beispielsweise ein Rotationskörper bezüglich der Drehachse 16 ist und zum Anschluß an ein zu lagerndes oder zu bewe gendes Maschinenteil gestaltet sein kann. In dem ersten Lagerelement 1 ist das zweite Lagerelement 2 aufgenommen. Die Welle 4 des zweiten Lagerelementes 2 ist im Radial lager 7 des ersten Lagerelementes 1 aufgenommen. Zusätz lich sind zwei Axiallager 8 vorgesehen, deren Wälzkörper gegen die beiden Stirnflächen des ersten Lagerelementes 1 anliegen und andererseits an fest auf der Welle 4 ange brachten Lagerringen 3 beziehungsweise 9 abgestützt sind, wobei die Lagerringe 3, 9 über Sicherungsmittel 15 auf der Welle 4 axial festgelegt sind. Das zweite Lagerelement 2 ist also in Richtung der Drehachse 16 unverschieblich gegenüber dem ersten Lagerelement 1 festgelegt. Der Lagerring 3 wird von einem als Schulter der Welle 4 gestalteten Sicherungsmittel 15 gestützt.

Das erste Lagerelement 1 weist zum ersten Lagerring 3 hin vorspringend einen Dämpfungsansatz 5 auf, der eine Kreis ringfläche als erste Dämpfungsfläche 6 besitzt. Dieser Dämpfungsfläche 6 liegt eine zweite Dämpfungsfläche 11 gegenüber, die ebenfalls als Kreisringfläche gestaltet und Bestandteil eines Dämpfungsringes 10 ist. Der zwischen den beiden Dämpfungsflächen 11, 6 ausgebildete Dämpfungsspalt 13 liegt in der Größenordnung von 5 bis 50 m und ist mit einem Dämpfungsmedium, beispielsweise einem Öl, gefüllt, das über Dichtungen 14 im Dämpfungsspalt 13 eingeschlossen ist. Der Dämpfungsring 10 ist über ein radial und axial wirkendes Schrägschulterkugellager 12 auf dem ersten Lagerring 3 des zweiten Lagerelementes 2 gelagert. Er macht also nicht die Relativdrehung zwischen dem ersten Lagerelement 1 und dem zweiten Lagerelement 2 mit. Auf grund der Reibung der Dichtungen 14 und des Flüssigkeits filmes im Dämpfungsspalt 13 verbleibt der Dämpfungsring 10 mit der Dämpfungsfläche 11 zu der Dämpfungsfläche 6 in Ruhe. Beim Auftreten von axialen Schwingungen in der Last richtung des Pfeiles P zwischen dem ersten Lagerelement 1 und dem zweiten Lagerelement 2 in dem Sinne, daß sich der Dämpfungsspalt 13 verringert, erfolgt durch Quetschbeauf schlagung des Films, den das flüssige Dämpfungsmedium bildet, eine Dämpfung dieser Bewegung.

In Ausgestaltung könnte auch eine solche Anordnung noch mals bezüglich des zweiten Lagerringes 9 getroffen werden.

Um eine größere Dämpfung erzielen zu können, kann eine Ausbildung mit mehreren Dämpfungsspalten gewählt werden, wie sie beispielsweise in Fig. 2 dargestellt ist.

Aus Fig. 2 ergibt sich ebenfalls eine Lagerung des zweiten Lagerelementes 2 im ersten Lagerelement 1 über ein Radiallager 7, beispielsweise in Form eines Nadel- oder Rollenlagers sowie über zwei Axiallager 8, deren Wälz körper zwischen den Stirnflächen des ersten Lagerelementes 1 einerseits und jeweiligen Lagerringen 3 und 9 anderer seits abgestützt sind. Die Festlegung der Lagerringe 3, 9 erfolgt ebenfalls über Sicherungsmittel 15 auf der Welle 4 des zweiten Lagerelementes 2. Dabei ist das den Lagerring 3 stützende Sicherungselement 15, als Schulter der Welle 4 des zweiten Lagerelementes 2 gestaltet. Der zweite Lager ring 9 kann anstelle durch ein als Sicherungsring ge staltetes Sicherungselement 15 durch ein als Mutter gestaltetes Sicherungselement auf der Welle 4 festgelegt werden. Auf dem ersten Lagerring 3 ist wiederum ein Dämpfungsring 10 angeordnet. Auf der Außenfläche des ersten Lagerringes 3 sind zweite Dämpfungsplatten 18, 18a axial zueinander über Distanzringe entlang der Drehachse 16 distanziert gehalten. In die Zwischenräume greifen erste Dämpfungsplatten 17, 17a ein. Die ersten Dämpfungsplatten 17, 17a sind in einem Aufnahmering 19 über Distanzringe axial distanziert gehalten. Die ersten und zweiten Dämpfungsplatten 17, 17a; 18, 18a überlappen sich radial. Jeweils zwischen zwei in axialer Folge ange brachten Dämpfungsplatten 17, 18 beziehungsweise 17a, 18a und den weiteren in gleicher Folge angeordneten Dämpfungs platten sind Dämpfungsspalte 13, 13a ausgebildet. Diese sind durch die axiale Festlegung der ersten Dämpfungs platten 17, 17a im Aufnahmering 19 beziehungsweise durch Festlegung der zweiten Dämpfungsplatten 18, 18a auf der Außenfläche des Dämpfungsringes 10 bestimmt. Der jeweils zwischen gegenüberliegenden Dämpfungsflächen 6, 11 der so gebildeten Dämpfungsspalte 13, 13a gebildete Dämpfungsraum 25 ist mit einem Dämpfungsmedium, beispielsweise Öl, gefüllt. Zum Einschließen des Dämpfungsmediums in dem Dämpfungsraum 25, der zwischen dem Dämpfungsring 10 und dem Aufnahmering 19 gebildet wird, sind zwischen beiden wirksame Dichtungen 14 vorhanden. Der Dämpfungsring 10 ist wiederum über ein radial und axial wirkendes zweireihiges Schrägschulterkugellager 12 auf dem ersten Lagerring 3 des zweiten Lagerelementes 2 gelagert. Der Aufnahmering 19 ist in der Bohrung 22 eines axial verlängerten Ansatzes 5 des ersten Lagerelementes 1 aufgenommen. Zwischen einer Stirn fläche des ersten Lagerelementes 1 und der zugewandten Stirnfläche des Aufnahmeringes 19 ist ein Piezo-Aktuator 23 angeordnet, an den über Zuleitungen eine elektrische Spannung angelegt werden kann. Mit der anderen Stirnfläche ist der Aufnahmering 19 an einem über Schrauben 21 am Ansatz 5 festgelegten Haltering 20 abgestützt. Der Auf nahmering 19 ist so angeordnet, daß bezüglich des Dämpfungsringes 10 eine begrenzte axiale Verstellung über den Piezo-Aktuator stattfinden kann. Bei einer solchen Bewegung verändert sich auch der axiale Abstand der Dämpfungsflächen 6, 6a und 11, 11a einander gegenüber mit der Folge der Veränderung der Dämpfungsspalte 13, 13a in entsprechendem Maße. Hieraus ergibt sich ein geändertes Dämpfungsverhalten.

Aus Fig. 2 ist ferner ersichtlich, daß das Lagerelement 1 mit umfangsverteilten Befestigungsbohrungen 24 zur Fest legung an einem zu lagernden Bauteil versehen ist. Die Welle 4 kann beispielsweise ein Abschnitt einer Spindel zum Antrieb einer Mutter, die ein Maschinenteil bewegt, sein.

Bezugszeichenliste

1 erstes Lagerelement
2 zweites Lagerelement
3 Lagerring
4 Welle
5 Dämpfungsansatz
6, 6a erste Dämpfungsfläche
7 Radiallager
8 Axiallager
9 zweiter Lagerring
10 Dämpfungsring
11, 11a zweite Dämpfungsfläche
12 Radial- Axiallager/zweireihiges Schrägschulterkugellager
13, 13a Dämpfungsspalt
14 Dichtung
15 Sicherungsmittel/Wellenschulter
16 Drehachse
17, 17a erste Dämpfungsplatte
18, 18a zweite Dämpfungsplatte
19 Aufnahmering
20 Haltering
21 Schrauben
22 Bohrung
23 Piezo-Aktuator
24 Befestigungsbohrung
25 Dämpfungsraum
P Lastrichtung

Claims

1. Lagerung mit einem ersten Lagerelement und einem zweiten Lagerelement, die relativ zueinander über mindestens ein Radiallager drehbar und in mindestens einer Axialrichtung durch Axiallager ortsfest zuein ander gelagert sind, mit Mitteln zur Dämpfung von axialen Schwingungen zwischen erstem und zweitem La gerelement, dadurch gekennzeichnet, daß dem ersten Lagerelement (1) erste Dämpfungsmittel (5, 6, 6a) und dem zweiten Lagerelement (2) mit diesen zusammenwirkende zweite Dämpfungsmittel (10, 11, 11a) zugeordnet sind, daß die ersten und zweiten Dämpfungs mittel (5, 6, 6a; 10, 11, 11a) in Drehrichtung zueinander drehfest gehalten sind und daß eines der Dämpfungs mittel (10, 11, 11a) am zugehörigen Lagerelement (2) über radial und axial wirkende Lager (12) abgestützt ist.

2. Lagerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dämpfungsmittel (5, 6, 6a; 10, 11, 11a) einen hy draulischen Quetschfilmdämpfer mit mindestens einem Dämpfungsspalt (13, 13a) bilden, welcher als erstes Dämpfungsmittel dem ersten Lagerelement (1) zugeordne te erste Dämpfungsflächen (6, 6a) und jeweils diesen gegenüberliegende, dem zweiten Lagerelement (2) zuge hörige zweite Dämpfungsflächen (11, 11a) als zweite Dämpfungsmittel und ein dazwischen angeordnetes flüssiges Dämpfungsmedium umfaßt.

3. Lagerung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Ausbildung mit einem Dämpfungsspalt (13) die erste und die dieser gegenüberliegende zweite Dämpfungsfläche (6, 11) jeweils von einer den beiden Lagerelementen (1, 2) zugehörigen gegenüberliegenden Kreisringflächen dargestellt sind, die mit geringem Abstand zueinander angeordnet sind und wobei der Dämpfungsspalt (13) über Dichtungen (14) zum Einschluß des Dämpfungsmediums abgedichtet ist.

4. Lagerung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Ausbildung mit mehreren Dämpfungsspalten (13, 13a) mindestens ein Teil der Dämpfungsflächen (6, 6a; 11, 11a) durch als Kreisring gestaltete Dämpfungsplatten (17, 17a; 18, 18a), welche abwechselnd dem ersten (1) und zweiten Lagerelement (2) zugeordnet sind und sich zumindest teilweise radial überlappen, gebildet sind und daß die Dämpfungsplatten (17, 17; 18, 18a) in einem nach außen abgedichteten, das Dämpfungsmedium enthaltenden Dämpfungsraum (25) ange ordnet sind.

5. Lagerung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einer der Dämpfungsspalte (13, 13a) einstellbar ist.

6. Lagerung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eines der die Dämpfungsflächen (6, 6a) aufweisenden Bauteile (z. B. Aufnahmering 19) zu dem die gegenüberliegende Dämpfungsfläche (11, 11a) aufweisenden Bauteil (z. B. Dämpfungsring 10) verstellbar ist.

7. Lagerung nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verstellung ein oder mehrere Piezo-Aktuatoren (23) dienen.

8. Lagerung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Dämpfungsmedium eine elektro-rheologische Flüssigkeit dient.

9. Lagerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dämpfungsmittel durch dem ersten und zweiten Lagerelement (1, 2) wechselweise zugeordnete, in flächigem Reibkontakt zueinander befindliche Reibele mente oder durch dauermagnetische oder elektromagne tische Dämpfer gebildet sind.

10. Lagerung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine Meßeinrichtung vorgesehen ist, die die relativen axialen Verstellungen der Dämpfungsmittel (5, 6, 6a; 10, 11, 11a) einander gegenüber feststellt.