DE1920598A1

DE1920598A1 - Einrichtung zur Daempfung von Drehschwingungen in freitragenden Maschinenteilen,insbesondere Werkzeugtraegern

Info

Publication number: DE1920598A1
Application number: DE19691920598
Authority: DE
Inventors: Otto Feller; Theo Mueller
Original assignee: Goetzewerke Friedrich Goetze AG
Current assignee: Goetzewerke Friedrich Goetze AG
Priority date: 1969-04-23
Filing date: 1969-04-23
Publication date: 1970-11-05
Also published as: US3663116A; GB1299750A; CH514798A

Description

Einrichtung zur Dämpfung von Drehschwingungen in freitragenden Maschinenteilen, insbesondere Werkzeugträgern.

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Dämpfen von vorwiegend Drehschwingungen in freitragenden Maschinenteilen, insbesondere in einseitig fest eingespannten Werkzeugträgern, wie Bohrstangen u_e dgl., unter Verwendung von energieverzehrenden Werkstoffen.

Für das Innenbearbeiten von Hohlkörpern bedient man sich eines einseitig fest eingespannten Werkzeugträgers_s in Form einer massiven oder hohlzylindrischen Bohrstange aus Stahl., in deren freiem Ende das B earbeitungs werkzeug, der Drehmeißel befestigt ist. Beim Abtragen der Werkstückspäne mittels der Drehmeißelschneide schwanken die dafür erforderlichen Schnittkräfte, die rückwirkend die Bohrstange in Schwingung versetzen. Die Größe der Schwingungen ist dabei mit von der Länge und Steifigkeit der Bohrstange abhängig.

Besonders große Schwingungen in Umfangsrichtung treten beim. Innenbearbeiten von unrunden Hohlkörpern auf, wie beispielsweise bei mehreren zu einem Paket axial zusammengespannten Kolbenringen, da die Schnittkraft Schwankung en infolge der den Ringen eigenen besonderen Umfangskontur besonders groß sind. Dazu kommt noch die für das Formdrehen zwangsläufige Schwingbewegung der gesamten Bohrstange in horizontaler oder vertikaler Richtung. Gerade für die Bearbeitung von Präzisionsartikeln, wie z.B. von Kolbenringen, an deren inneren Umfangsflachen neben besonderer Maßhaltigkeit für eine .genaue Spannungsverteilung eine glatte Oberfläche zur Vermeidung erhöhter Bruchgefahr erforderlich ist.

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müssen die auftretenden Schwingungen in der Bohrstange möglichst vollkommen abgebaut werden.

Zur Dämpfung von Schwingungen in Bohrstangen hat man diese bereits über scheibenförmige Zwischenlagen aus Polyvinylchlorid am Einspannende befestigt. Damit konnte aber die durch das Elastizitätsvermögen des Bohrstangenwerkstoffes bedingte Schwingungsanfälligkeit nicht ausgeschaltet werden (DBP 1 238 311)„

Weiterhin wurden für rotierende und still stehende , freitragende Schneid·= werkzeuge Vibrationsdämpfer entwickelt., die aus einer in einem Hohlzylinder angeordneten, elastisch gelagerten Gegenschwungmasse bestehen (Zeitschr. MACHINERY, Sept„ 1967_S S„ 91 ff.)«, Durch die axiale Zwischenschaltung solcher Vibrationsdämpfer in Bohrstangen wird deren Länge wesentlich vergrößert, so daß die am Schneidwerkzeug auftretenden Reaktionskräfte infolge des wirksam werdenden längeren freien Hebelarmes einen größeren Einfluß auf die Schwingungsanfälligkeit der Bohrstange hervorrufen.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde_s bei freitragenden Maschinenteilen, insbesondere bei einer einseitig eingespannten Bohrstange, eine einfache und wirkungsvolle Möglichkeit zur Dämpfung vorwiegend von Drehschwingungen zu schaffen, ohne dabei deren äußere Abmaße und/oder deren schwingende Masse zu vergrößern,.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Werkzeugträger aus einem äußeren Mantel, einer energieverzehrenden Zwischenschicht und einem inneren verdrehfesten Kern besteht. Der äußere Mantel des Werkzeugträgers entspricht dabei beispielsweise der her-

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kömmlichen hohlen Bohrstange, die an einem Ende fest eingespannt und in deren axial gegenüberliegendem Ende das Bearbeitungswerkzeug, der Drehmeißel, befestigt ist. Durch die Verbindung des weniger verdrehfesten Mantels, der infolge der alternierenden Belastung in Umfangsrichtung einer ständig wechselnden Drehbeanspruchung unterworfen ist, über eine energieverzehrende Z wisch en schicht mit einem inneren verdrehfesten Kern werden die auftretenden Drehschwingungen und auch größtenteils die horizontalen bzw. vertikalen Schwingungen abgebaut, soweit sie nicht zur besonderen Formgebung des Werkstückes dem gesamten Werkzeugträger zwangsläufig überlagert sind.

Vorzugsweise erstreckt sich der innere Kern nahezu über die gesamte Länge des Werkzeugträgers, um eine optimale Dämpfwirkung zu erzielen. Weiterhin wird vorgeschlagen, daß der innere Kern am Einspannende des Werkzeugträgers fest durch Schweißen oder dgl. mit dem äußeren Mantel verbunden ist, um eine drehfeste Verbindung des Kernes mit dem nur von außen einzuspannenden Mantel zu erreichen. Da der mögliche Verdrehwinkel des Mantels am das Werkzeug, den Drehmeißel, aufnehmenden Ende am größten ist und bis zur gegenüberliegenden Einspann stelle bis zu Null abnimmt, ist es zur Erzielung einer annähernd gleichmäßigen Belastung der Zwischenschicht auf Schub vorteilhaft, wenn mindestens der innere Kern des Maschinenteils zum dem Einspannende gegenüberliegenden Ende hin verjüngend ausgebildet ist. Denkbar ist es dazu auch, die Innenfläche des Mantels parallel zur konischen Außenfläche des Kernes verlaufen zu lassen. Dadurch erhält man eine über die gesamte axiale Länge gleichmäßige Zwischenschichtstärke bei gleichmäßig verteilter Belastung, woraus eine gleichmäßig verteilte Dämpfwirkung abzuleiten ist. Zum Spannungsausgleich im stirnseitigen Ende der energieverzehrenden Schicht zwischen Kern und Mantel wird außerdem vorgeschlagen, die Stirnfläche des Kernes und/oder des Mantels kugelförmig auszubilden, so daß ein gleichmäßiger Übergang von der Stirnfläche zur konischen Umfangsfläche gegeben ist.

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Die zwischen Kern und Mantel des Maschinenteils vorgesehene Schicht aus energieverzehrendem Werkstoff besteht vorzugsweise aus natürlichem oder synthetischem Gummi, da bei diesem Werkstoff die Schwingungsenergie vollständig in innere Reibung und damit in Wärmeenergie umgesetzt werden kann. Bei Verwendung von Gummi ergibt sich ein weiterer Vorteil durch die Möglichkeit, daß die Zwischenschicht in den Raum zwischen die am Einspannende dicht miteinander verbundenen Teile Mantel und Kern einspritzbar ist. Dadurch ist eine besonders einfache Herstellung des Maschinenteiles verbunden mit einer für die Dämpfwirkung erforderlichen gleichmäßigen Verteilung der Zwischenschicht gegeben. Zur Vermeidung von Lufteinschlüssen in der Zwischenschicht erscheint es demzufolge zweckmäßig, wenn außer der Einspritzöffnung im Mantel des Maschinenteils ein oder mehrere Entlüftungsbohrungen vorhanden sind.

Wenngleich es möglich wäre, in den Raum zwischen Mantel und Kern vorher ausvulkanisierten Gummi einzupressen, ist es für die vorliegende Erfindung von Vorteil, wenn der Gummi im Rohzustand eingespritzt und im Maschinenteil unter bleibendem Preßdruck ausvulkanisiert ist. Durch das damit verbundene Anvulkanisieren der Zwischenschicht an den Kern und an den Mantel ist eine sichere Übertragung der Drehschwingungen insbesondere vom Mantel auf die anvulkanisierte, schwingung sabsorbier ende Gummi-Zwischenschicht gewährleistet.

Weiterhin ist es denkbar und auch vorteilhaft, wenn die Zwischenschicht in Umfangsrichtung vorgespannt ist. Dies läßt sich besonders einfach dadurch bewerkstelligen, daß nach dem Einspritzen und Ausvulkanisieren der Zwischenschicht der Kern gegenüber dem Mantel um ein bestimmtes Maß verdreht und in diesem Zustand drehfest mit dem Mantel verbunden wird. Der somit in Umfangsrichtung vorgespannte Gummi weist ein besonders hohes Dämpfungsvermögen auf. Denkbar ist es darüberhinaus auch, daß der Werkzeugträger in seiner gesamten axialen Länge eine an sich bekannte Kühlmittelbohrung aufweist. Mit dem Hindurchführen

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des Kühlmittels durch den Kern bis zum Werkzeug wird gleichzeitig eine gute Ableitung der über die Zwischenschicht in Wärmeenergie umgewandelten Bewegungsenergie verbunden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird in der Zeichnung dargestellt und im folgenden näher beschrieben. Es zeigen

Fig. 1 eine vereinfachte perspektivische Darstellung einer einseitig fest eingespannten Bohrstange beim Innendrehen eines Kolbenringpaketes

Fig. 2 einen Längsschnitt durch die Bohrstange mit der drehschwingungsdämpfenden Einrichtung.

In der in Fig. 1 gezeigten Darstellung ist die Bohrstange mit 1, das zu bearbeitende Kolbenringpaket mit 2 und die Halterung für die Bohrstange mit 3 bezeichnet. Zum Zwecke der besseren Übersicht wurden die das aus den Einzelringen Z'' bestehende Ringpaket 2 axial zusammenhaltenden Mittel nicht gezeichnet. Die Bohrstange 1 besitzt ein im Durchmesser verstärktes Einspannende 4, welches in der Halterung 3 drehfest verspannt ist. Im gegenüberliegenden freien Ende 5 der Bohrstange 1 ist der Drehmeißel 6 eingeklemmt.

Der Erfindungsgegenstand ist aus Fig. 2 näher ersichtlich, welche die Bohrstange 1 im Längsschnitt darstellt. Die schwingungsdämpfende Einrichtung besteht in der Aufteilung der Bohrstange 1 in den äußeren stählernen Mantel 7, der energieverzehrenden Zwischenschicht 8 aus Gummi sowie aus dem inneren Kern 9, der ebenfalls aus Stahl hergestellt sein kann. Am Einspannende 4 der Bohrstange 1 ist der Kern 9 drehfest durch Schweißen mit dem Mantel 7 verbunden. Das gegenüberliegende Ende Io der Bohrstange weist eine Ausnehmung 11 zur Aufnahme des Drehmeißels 6 auf. Der den Bohrstangenmantel 7 nahezu in seiner ganzen Länge durchragende verwindungsfeste Kern 9 ist etwa zur Hälfte zur Drehmeißelseite hin ver-

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jungend ausgebildet. Die Innenfläche 12 des Mantels 7 verläuft in diesem Bereich gleichsinnig konisch zum Kern 9. Die Stirnfläche 13 des Kernes 9 und die innere Stirnfläche 14 des Mantels 7 sind kugelförmig gestaltet. Zum Einbringen der Gummischicht 8 zwischen den Mantel 7 und den Kern dient eine Einspritzöffnung 15 im Mantel 7 nahe des Einspannendes 4. Darüberhinaus ist am gegenüberliegenden stirnseitigen Ende Io des Mantels eine Entlüftungsbohrung 16 vorgesehen. Die Gummischicht 8 weist eine über ihre gesamte Länge etwa gleichbleibende Stärke auf, wobei letztere etwa 2 bis 3 mm bei einem mittleren Bohrstangendurchmesser von 4o mm beträgt. Weiterhin durchzieht die Bohrstange 1 in ihrer gesamten axialen Länge eine Kühlmittelbohrung 17, die in der Aufnahmenut 11 unmittelbar oberhalb des Drehmeißels 6 endet.

Die Erfindung läßt sich auch mit dem gleichen Erfolg bei anderen Maschinenteilen im Kraftfahrzeug- und Maschinenbau anwenden, wobei es darum geht, auftretende Drehschwingungen in Torsions stäben, Wellen od. dgl. auf ein Minimum abzubauen.

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Claims

An sprüche

[ 1. !Einrichtung zum Dämpfen von vorwiegend Drehschwingungen in freitragenden Maschinenteilen, insbesondere in einseitig fest eingespannten Werkzeugträgern, wie Bohrstangen u. dgl., unter Verwendung von energieverzehrenden Werkstoffen, dadurch gekennzeichnet, daß der

Werkzeugträger (1) aus einem äußeren Mantel (7), einer energieverzehrenden Zwischenschicht (8) und einem inneren verwindungssteifen Kern (9) besteht.
2. Maschinenteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der innere Kern (9) sich nahezu über die gesamte Länge des Werkzeugträgers (1)

erstreckt.

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3. Maschinenteil nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der innere Kern (9) am Einspannende (4) des Werkzeugträgers (1) fest durch Schweißung od. dgl. mit dem äußeren Mantel (7) verbunden ist.
4. Maschinenteil nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der innere Kern (9) izum dem Einspannende (4) gegenüberliegenden Ende (lo) hin verjüngend ausgebildet ist.
5. Maschinenteil nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenfläche (12)des Mantels (7) gleichsinnig konisch ausgebildet ist.

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6. Maschinenteil nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnfläche (13) des Kernes (9) und/oder die innere Stirnfläche (14) des Mantels (7) kugelförmig ausgebildet sind.
7. Maschinenteil nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenschicht (8) aus natürlichem oder synthetischem Gummi besteht.
8. Maschinenteil nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Gummi schicht (8) zwischen Mantel (-7) und Kern (9) eingespritzt ist.
9. Maschinenteil nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß im Mantel (7) außer der Einspritzöffnung (15) ein oder mehrere Entlüftungsbohrungen (16) vorhanden sind.
10. Maschinenteil nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die eingespritzte Gummischicht (8) zwischen Mantel (7) und Kern (9) ausvulkanisiert ist.
11. Maschinenteil nach den Ansprüchen l.bis lo, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenschicht (8) in Umfangsrichtung vorgespannt ist,
12. Maschinenteil nach den Ansprüchen 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkzeugträger (1) in seiner gesamten axialen Länge eine an sich bekannte Kühlmittelbohrung (17) aufweist.

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Kling Raupach

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