CH407661A - Zweifach abgestützter Träger mit Vorspannglied - Google Patents

Zweifach abgestützter Träger mit Vorspannglied

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CH407661A
CH407661A CH421562A CH421562A CH407661A CH 407661 A CH407661 A CH 407661A CH 421562 A CH421562 A CH 421562A CH 421562 A CH421562 A CH 421562A CH 407661 A CH407661 A CH 407661A
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CH
Switzerland
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bending
carrier
load
deformation
tendon
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Application number
CH421562A
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English (en)
Inventor
Gaertner Guenter
Original Assignee
Oerlikon Buehrle Holding Ag
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23QDETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
    • B23Q11/00Accessories fitted to machine tools for keeping tools or parts of the machine in good working condition or for cooling work; Safety devices specially combined with or arranged in, or specially adapted for use in connection with, machine tools
    • B23Q11/001Arrangements compensating weight or flexion on parts of the machine
    • B23Q11/0014Arrangements compensating weight or flexion on parts of the machine using static reinforcing elements, e.g. pre-stressed ties
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16MFRAMES, CASINGS OR BEDS OF ENGINES, MACHINES OR APPARATUS, NOT SPECIFIC TO ENGINES, MACHINES OR APPARATUS PROVIDED FOR ELSEWHERE; STANDS; SUPPORTS
    • F16M1/00Frames or casings of engines, machines or apparatus; Frames serving as machinery beds

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Machine Tool Units (AREA)

Description


  Zweifach abgestätzter Träger mit Vorspannglied    Die Erfindung bezieht sich auf einen balkenför  migen, zweifach abgestützten Träger an Werkzeug  maschinen, dessen Körper durch sein Eigengewicht  und durch eine auf dem Träger verschiebbare Last  einer Biegeverformung unterworfen ist. Beispiels,  weise kommt eine solche Anordnung bei Werkzeug  maschinen in Betracht wie Bohrwerken und Fräs  maschinen in Portalbauweise, bei welchen ein Spin  delstock an dem Querträger verschiebbar angeordnet  ist, oder auch bei Drehbänken, bei denen ein Wan  genschlitten in Führungen an einem Bett verschieb  bar ist.  



  Im Anwendungsgebiet der Werkzeugmaschinen  z. B. hängt die Arbeitsgenauigkeit in hohem Masse  von der Geradheit ihrer Führung ab. Die Führungen  aber erleiden zusammen mit den Querträgem bzw.  Maschinenbetten, mit welchen sie vereinigt sind, Ver  biegungen unter der Last des Eigengewichtes und  der Last des Arbeitschlittens, so dass die Genauigkeit  solcher Maschinen sehr ungünstig beeinflusst wird.  



  Um diesen Verformungen entgegenzuwirken, sind  schon verschiedenerlei Massnahmen getroffen wor  den.  



  So ist es üblich, die Führungen ballig, d. h. leicht  nach oben krümmt zu schaben, oder in belastetem  Zustand eben zu schleifen, so dass sie in entlastetem  Zustand ebenfalls eine nach oben gekrümmte Form  aufweisen. Solchem Vorgehen haftet aber der Nach  teil an, dass die Verformung schon bei der Herstel  lung der Führungen kompensiert werden muss, so  dass nachträgliche Korrekturen nicht mehr möglich  sind. Ferner ist es bereits bekannt, der Verwindungs,  Verformung eines seitlichen Auslegers durch Vor  spannung mittels eines Torsionsgliedes entgegenzu  wirken.

   Ferner ist schon vorgeschlagen worden, durch       Gewichtsausgleich    das Durchhängen des Querträgers    von Werkzeugmaschinen zu verringern, wobei ein  Seilzug über eine Laufkatze geleitet und der wan  dernden Last nachgeführt wird, um auf diese Art  durch Gegengewicht einen Ausgleich zu schaffen.  Eine solche Lösung befriedigt aber besonders ihres  umständlichen platzraubenden Aufbaues. wegen  nicht.  



  Ein anderer     Lösungsvorschlag    besteht darin, dass  ebenfalls bei einer Zweiständerwerkzeugmaschine, der  Querträger über die Ständeraussenkanten hinaus  ragend ausgebildet wird. An dessen Enden ist je ein  Hilfsständer angebracht, der den Querträger in bezug  auf den Portalständer verspannt. Auch bei diesem.  Vorschlag kommt wiederum der wesentlich ver  mehrte Platzbedarf zum Ausdruck.  



  Aufgabe der Erfindung ist es, die Nachteile der  Biegeverformung in einem an beiden Enden unter  stützten Träger zu eliminieren.  



  Erfindungsgemäss wird vorgeschlagen, dass ein  der Biegeverformung entgegenwirkendes Vorspann  glied, das als unterhalb der neutralen Biegefaser in  Längsrichtung des Trägerkörpers. liegender, an sei  nen Enden mit dem Trägerkörper in<B>Nähe</B> der Auf  lager verbundener, ihn im übrigen aber frei durch  dringender Zuganker mit einstellbarer Vorspannzug  kraft ausgebildet ist. Dabei kann dieser Zuganker in  nerhalb oder auch ausserhalb des Trägerkörperquer  schnittes zu liegen kommen, je nach Anwendungs  fall. Seine Verankerung findet der Zuganker z. B. an  den beiden Stirnseiten des Trägers, wo gleich auch  die Einstellvorrichtung der Vorspannung angebracht  ist. Ferner ist der Anwendungsfall ebenfalls     berück-          sichtigt,    dass zwei Zuganker angeordnet sind,<B>d.</B> h.

    beiderseits der     Verforrnungsebene    der Längsachse  des     Trägerkörpeers   <B>je</B> einer, desgleichen in Längsrich  tung wie diese Achse. Hierbei ergibt sich die,<B>Mög-</B>      lichkeit, durch, ungleiches Vorspannen der beiden  Anker die Biegeebene der Vorspannung der Verfor  mungsebene des Trägerkörpers von Fall zu Fall noch  besser anzupassen.  



  Mit Hilfe eines oder mehrerer solcher Zuganker  kann die Durchbiegung des Trägerkörpers wesentlich,  beispielsweise auf den zehnten Teil, herabgesetzt  werden. Die Vorspannung kann jederzeit an der fer  tig montierten Maschine, vorgenommen und nach  Massgabe z. B. eines Messgerätes eingestellt werden.  Es ist ferner möglich, den Messwert eines solchen  Gerätes einem Stellglied zur Korrektur der Abwei  chung de-, Trägerkörpers an der Stelle der Last bzw.  des Schlittens von der waagrechten Lage zuzuführen,  damit, wenn der Schlitten z. B. bei einem Bohrwerk  eine lotrechte Arbeitsspindel aufweist, diese genau  lotrecht zur Bearbeitungsfläche steht. In den Zeich  nungen sind Ausführungsbeispiele des Erfindungs  gegenstandes dargestellt.

   Es zeigt:  Fig. 1 die Ansicht einer Portal-Werkzeug  maschine;  Fig. 2 die Seitenansicht dieser Werkzeug  maschine;  Fig. 3 einen vertikalen Längsschnitt III-III in  Fig. 2 durch ihren Querbalken;  Fig. 4 eine schematische Darstellung des Quer  balkens für das im Detail beschriebene Anwendungs  beispiel;  Fig. 5 eine schematische Darstellung des Quer  balkens für ein anderes Ausführungsbeispiel;  Fig. 6 eine schematische Darstellung des Be  lastungsfalles  Fig. 7 eine graphische Darstellung der Durch  biegungen;  Fig. 8 eine graphische Darstellung der Durch  biegungswinkel.  



  Dir, in Fig. 1 dargestellte Werkzeugmaschine ver  fügt über eine Grundplatte<B>1,</B> auf welcher der Tisch  2 verschiebbar gelagert ist. An der Grundplatte<B>1</B> sind  ferner die Seitenstützen<B>3</B> und 4 befestigt, welche den  Querbalken<B>5</B> tragen. Am Querbalken<B>5</B> ist an Füh  rungen<B>6</B> und<B>7</B> ein Schlitten<B>8,</B> beispielsweise, ein  Spindelstock aufgehängt, der mittels Motor 9 und  Spindel 10 verschiebbar ist.  



  Der Querbalken 5 ist in seinem Innern, siehe  Fig. 3, in der üblichen Weise verrippt. Die Rippen 11  weisen unterhalb der Mitte des Querbalkens Durch  brüche 12 auf, welche einem Zuganker<B>13</B> Platz bie  ten, der an den gegenüberliegenden seitlichen Aus  senflächen 14 und<B>15</B> des Querbalkens<B>5</B> mit Hilfe  der Spannvorrichtung<B>16</B> verankert ist. Die Spannvor  richtung<B>16</B> besteht aus den beiderseits des Querbal  kens auf die     Gewindeteile,   <B>17</B> und<B>18</B> des Zugankers  <B>13</B> aufgeschraubten Muttern 21 und 22 sowie den zu  deren Sicherung vorgesehenen Kontermuttern<B>19</B> und  20.  



  In Fig. 4 ist in schematischer Darstellung die     er-          findungsgemässe    Anordnung eines Zugankers<B>13</B> in  einem Querbalken<B>5</B> zu erkennen. Der Zuganker<B>13</B>  liegt im Querbalken<B>5</B> in der durch die Belastungen    erzeugten Biegeebene 34, und zwar unterhalb der  Längsachse 35 des Balkens bzw. seiner neutralen  Biegefaser<B>32,</B> die im Querschnitt<B>33</B> angegeben ist.  Die Längsachse<B>35</B> ist als. die     Verbindungslinie    aller  Querschnittsflächen-Schwerpunkte, des Querbalkens  <B>5</B> aufzufassen.

   Ferner liegt der Zuganker<B>13</B> in der  durch die Längsachse<B>35</B> in zwei Teile geteilten  Biegeebene 34 in demjenigen Teil, in welchem die  durch äussere Kräfte erzeugte Durchbiegung fällt,  also in diesem Beispiel unterhalb der     Längsachse   <B>35.</B>  



  Fig. 5 zeigt die Anwendung zweier Zuganker 13a  und<B>13b</B> in einem Querbalken<B>5.</B> Diese liegen beide  in gleicher Weise wie zuvor beschrieben, jedoch in  bestimmtem Abstand beiderseits der Biegeebene 34  parallel zur Längsachse<B>35.</B>  



  Der Querbalken 5 der in Fig. 1 als Anwendungs  beispiel dargestellten Portal-Werkzeugmaschine wird  durch, die wandernde Last des Schlittens 8 bzw. Spin  delstockes und durch das Eigengewicht des Querbal  kens durchgebogen. Die Durchbiegung des, Querbal  kens<B>5</B> und der daran befestigten Führungen<B>6</B> und<B>7</B>  verursachen eine Schrägstellung des Spindelstockes 8.  



  Diese Biegeverformung kann aufgehoben bzw.  verringert werden, wenn auf den Querbalken 5 ein  entgegenwirkendes Biegemoment M, durch die Vor  spannung aufgebracht wird.  



  Nach der Erfindung wird dieses Moment M,  ohne Zuhilfenahme äusserer Kräfte lediglich durch  Verspannung des. Querbalkens<B>5</B> mittels Zuganker  13 bzw. 13a und 13b erzeugt.  



  In Fig. 6 ist der Belastungsfall de-, Querbalkens  <B>5</B> vereinfacht dargestellt. Der an beiden Enden frei  aufliegende Balken<B>5</B> von der Länge;  L  und     mit     konstantem Trägheitsmoment  J  wird durch sein  Eigengewicht als. gleichmässig verteilte Streckenlast  <B> G </B> und die wandernde Last      Q     beansprucht. Das  entgegenwirkende, Moment ist das Vorspann-Moment  <B> </B>     m',         .     



  In den nachfolgenden Beziehungen zwischen den  beanspruchenden Kräften, Momenten und elastischen  Durchbiegungen des, Querbalkens, 5 bedeuten ferner:  <B> E </B> den     Elastizitäts-niodul    und     ec     den veränder  lichen Abstand der wandernden Last<B>Q</B> vom linken  Auflager, wobei
EMI0002.0011  
   das Verhältnis dieses<B>Ab-</B>  standes zur freien     Stätzlänge    darstellt, welches somit  zwischen den Werten<B>0</B> und<B>1</B> zu verändern ist, da  mit der ganze Zusammenhang in Erscheinung tritt.  



  Die Streckenlast<B>G</B> -ergibt an     der    Stelle c eine       Durchbiegung        fc,    von:  
EMI0002.0016     
    und die wandernde Last<B>Q</B> ebenfalls an der Stelle c  eine     Durchbiegung        fQ    von:  
EMI0002.0019     
      Die Verformungsrichtungen dieser beiden Durchbiegungen sind gleichgerichtet, daher summieren sie  sich:  
EMI0003.0000     
    Das Vorspannmoment M", bestehend aus Zug  kraft des Ankers multipliziert mit seinem Abstand  von der neutralen Biege-Faser 32, verursacht an der  Stelle c die Durchbiegung fm mit entgegengesetzter  Verformungsrichtung des Balkens:

    
EMI0003.0001     
    In Fig. 7 sind über der Balkenlänge L mit A als  Abzisse die letzteren 3 Durchbiegungen f, FMV und       IR    einzeln als Ordinaten für einen bestimmten Wert  der Verhältnisse
EMI0003.0003  
   in ihren charakte  ristischen Linienzügen graphisch dargestellt.  



  Da jedoch. die Durchbiegung, wie bereits, eingangs  erwähnt, eine Schiefstellung der Führungen und da-  
EMI0003.0004     
    und für den auf diese Weise gewichtsbelasteten und  zugleich vorgespannten Balken<B>5</B> gilt wiederum die  
EMI0003.0005     
    In gleicher Weise wie in Fig. 7 sind die beiden  Linien-Züge für a, und &alpha;R in Fig. 8 graphisch dar  gestellt, und zwar wiederum für die gleichen Verhält  nisse von
EMI0003.0006  
    Man erkennt in Fig. 8, dass die Neigungswinkel  &alpha;R bei einem vorgespannten Balken in dem z. B. von  einem Spindelstock 8 tatsächlich benützten Bereich   B  zwischen den Auflagern um ein Vielfaches, klei  ner sind als beim nicht vorgespannten Balken, so  das-, eine erhebliche Steigerung der Genauigkeit er  reicht wird.  



  Die Wirkung des zuerst beschriebenen Anwen  dungsbeispiels geht folgendermassen, vor sich: Nach  dem Zusammenbau der Werzeugmaschine wird der  Zuganker<B>13</B> durch Betätigen einer der Spannvor  richtungen<B>16</B> so weit gespannt, bis die fortlaufend  am Spindelstock 8 unternommenen Messungen be  züglich seiner Lage zum Tisch 2 optimale Werte er  geben.  



  Da der Querbalken<B>5</B> in den meisten Fällen eine  komplexe Struktur aufweist, ist es nicht möglich,  exakt die Lage der Biegeebene 34 und der Längs  achse 35 zu bestimmen.  



  Die richtige Anordnung eines einzelnen Zug  ankers<B>13,</B> welcher in der Biegeebene 34 zu liegen  hätte, würde daher eine, konstruktiv schwer zu lö-  
EMI0003.0007     
    Daraus ergibt sich die resultierende     Durchbie-          gang    fR des belasteten und zugleich vorgespannten  Querbalkens zu:    mit z. B. des Spindelstockes 8 verursacht, ist auch der  Neigungswinkel a der elastischen Linie, zur Horizon  talen in Betracht zu ziehen.  



  Vergleichshalber sind die Gleichungen auch für  diese Beziehungen wiedergegeben. Für den mit     Strek-          kenlast    G und wandernder Last Q verformten Balken  5 gilt für den Neigungswinkel &alpha;1 an der Stelle A:    algebraische Addition für den     resultierenden    Nei  gungswinkel &alpha;R    sende Aufgabe sein. Es ist daher vorgesehen, gemass  dem zweiten Anwendungsbeispiel, in solchen Fällen  zwei Zuganker 13a und<B>13b</B> unter den weiter oben  beschriebenen Bedingungen einzubauen. Durch ver  schieden starkes, Anspannen der beiden Zuganker  13a und 13b ist es. daher möglich, die Wirkungs  ebene des Vorspannmomentes M, zu verschieben und  in die Biegeebene 34 zu verlegen.  



  Beim Einrichten ergibt sich, dass der erste Zug  anker, z. B 13a, dessen Wirkungsebene ausserhalb  der Biegeebene 34 liegt, auch eine Verformung des  Querbalkens 5 quer zur Biegebene 34 hervorruft.  Durch Nachspannen des zweiten Zugankers-<B>13b</B>  wird die Durchbiegung in der quer zur Biegeebene  34 liegenden Biegeebene ausgeglichen. Daraus, resul  tiert ein Vorspannverhältnis für die beiden Zuganker,  welches stets, aufrechterhalten werden muss. Zur  Überwachung der Vorspannung mögen in bekannter  Weise Druckmessdosen oder Dehnungsmesstreifen  verwendet werden. Nötigenfalls, ist eine Kontrolle der  lotrechten Lage des. Spindelstockes 8 an mehreren  Stellen des Querbalkens<B>5</B> vorzunehmen und die       Spannvorfichtung   <B>16</B> nachzustellen.

Claims (1)

  1. <B>PATENTANSPRUCH</B> Balkenförmiger, zweifach abgestützter Träger an Werkzeugmaschinen, dessen Körper durch seinEigen- ge,wicht und durch eine auf dem Träger verschieb- bare Last einer Biegeverformung unterworfen ist, ge kennzeichnet durch ein dieser Biegeverformung ent gegenwirkendes Vorspannglied, das als unterhalb der neutralen Biegefaser<B>(32)</B> in Längsrichtung des Trä gerkörpers<B>(5)</B> liegender, an seinen Enden mit dem Trägerkörper in Nähe der Auflager verbundener, ihn im übrigen aber frei durchdringender Zuganker<B>(13,</B> 13a, 13b) mit einstellbarer Vorspann-Zugkraft aus, gebildet ist.
    <B>UNTERANSPRUCH</B> Träger nach Patentanspruch, dadurch gekenn zeichnet, dass beiderseits der Verformungsebene (34) der Längsachse-<B>(35)</B> des Trägerkörpers<B>(5) je</B> ein Zuganker<I>(13a,<B>13b)</B></I> parallel zu dieser Achse an geordnet ist.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2686822A1 (fr) * 1992-02-04 1993-08-06 Helis Machine-outil a tete d'usinage montee mobile sur une traverse horizontale.
DE102007039146A1 (de) * 2007-08-18 2009-02-26 A. Monforts Werkzeugmaschinen Gmbh & Co. Kg Schlittenführung einer Werkzeugmaschine

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