CH684433A5

CH684433A5 - A process for producing a vibration-damped frame-shaped structure and prepared by this process frame-shaped structure.

Info

Publication number: CH684433A5
Application number: CH3648/91A
Authority: CH
Inventors: Hans-Peter Widmer
Original assignee: Hans Peter Widmer
Priority date: 1991-12-11
Filing date: 1991-12-11
Publication date: 1994-09-15
Also published as: DE4230103A1; DE4230103C2

Description

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CH 684 433 A5 CH 684 433 A5

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Beschreibung description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines schwingungsgedämpften, aus mindestens einem ersten und mindestens einem zweiten Einzelteil aus Metall zusammengebauten rahmenförmigen Gebildes, von welchen Einzelteilen mindestens der jeweilige zweite mindestens einen Hohlraum aufweist, sowie ein nach diesem Verfahren hergestelltes, schwingungsgedämpftes, rahmen-förmiges Gebilde aus Metall. The present invention relates to a method for producing a vibration-damped frame-shaped structure composed of at least a first and at least a second individual part made of metal, of which individual parts at least the respective second one has at least one cavity, and a vibration-damped, frame-shaped one produced by this method Made of metal.

Solche rahmenförmigen Gebilde finden sich beispielsweise im Bauwesen, z.B. bei Hochbauten, sie können Wagenkasten von Fahrzeugen oder auch Maschinenrahmen, bzw. Maschinengestelle von Werkzeugmaschinen sein. Such frame-shaped structures can be found, for example, in construction, e.g. in buildings, they can be car bodies of vehicles or machine frames or machine frames of machine tools.

Derartige rahmenförmige Gebilde müssen eine jeweils notwendige mechanische Festigkeit aufweisen, wobei jedoch ihr Gewicht offensichtlich nicht unbeschränkt gross sein kann und gleichzeitig sollten sie schwingungsgedämpft sein, bei Hochbauten beispielsweise gegen Erschütterungen aufgrund des Strassenverkehrs, bei Werkzeugmaschinen beispielsweise aufgrund der im Betrieb auftretenden Schwingungen. Such frame-shaped structures must have the necessary mechanical strength, but their weight obviously cannot be unlimited, and at the same time they should be vibration-damped, in buildings for example against vibrations due to road traffic, in machine tools for example due to the vibrations occurring during operation.

Ziel der Erfindung ist, ein Verfahren zur Herstellung und ein nach dem Verfahren hergestelltes rah-menförmiges Gebilde zum Erfüllen der genannten Forderungen zu zeigen. The aim of the invention is to show a method for producing and a frame-shaped structure produced according to the method for fulfilling the stated requirements.

Das erfindungsgemässe Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Hohlraum mit einem schwingungsdämpfenden Stoff gefüllt wird, wobei während oder nach dem Einfüllen des schwingungsdämpfenden Stoffes der mindestens eine zweite Einzelteil Vibrationen ausgesetzt wird, um den schwingungsdämpfenden Stoff zu verdichten, und dass der mindestens eine zweite Einzelteil vor oder nach dem Einfüllen des schwingungsdämpfenden Stoffes mit dem mindestens einen ersten Einzelteil starr verbunden wird. The method according to the invention is characterized in that the at least one cavity is filled with a vibration-damping substance, wherein during or after the vibration-damping substance is filled in, the at least one second individual part is exposed to vibrations in order to compress the vibration-damping substance, and in that the at least one second Item is rigidly connected to the at least one first item before or after filling the vibration-damping substance.

Besteht ein Maschinengestell aus Gusseisen, bildet es einen einzigen ersten Einzelteil der ausgeführten Erfindung. Abhängig von der Grösse und weiteren, z.B. schwingungserregenden Gegebenheiten sind dann ein oder auch mehrere, mit einem schwingungsdämpfenden Stoff ausgerüstete zweite Einzelteile damit verbunden. If a machine frame is made of cast iron, it forms a single first individual part of the carried out invention. Depending on the size and others, e.g. then one or more second individual parts equipped with a vibration-damping substance are connected to it.

Bei geschweissten und/oder verschraubten rahmenförmigen Gebilden liegen mehrere erste Einzelteile vor, die wieder gemäss der obigen Gegebenheiten mit einem oder mehreren, mit einem schwingungsdämpfenden Stoff ausgerüstete zweite Einzelteile starr verbunden sind. In the case of welded and / or screwed frame-shaped structures, there are a plurality of first individual parts which, according to the above circumstances, are again rigidly connected to one or more second individual parts equipped with a vibration-damping substance.

Beim Herstellen eines solchen rahmenförmigen Gebildes wird offensichtlich im Zuge der Herstellung im Herstellungswerk unmittelbar vor oder nach dem Verbinden der Einzelteile der schwingungsdämpfen-de Stoff in die Hohlräume eingefüllt. Dieser Entscheid hängt mindestens teilweise von den Abmessungen des schlussendlichen Produktes ab. Es ist jedoch möglich, dass zwischen dem Verbinden des ersten Einzelteiles bzw. der ersten Einzelteile und dem nachfolgenden Verbinden des zweiten, bzw. der mehreren zweiten, mindestens einen Hohlraum aufweisenden Einzelteile eine sehr lange Zeitdauer verstreichen kann, d.h. dass sich das Verfahren auch zum Nachrüsten bereits existierender rahmen-förmiger Gebilde anwenden lässt. When producing such a frame-like structure, the vibration-damping substance is obviously filled into the cavities in the course of the production in the production plant immediately before or after the connection of the individual parts. This decision depends at least in part on the dimensions of the final product. However, it is possible that a very long period of time may elapse between the connection of the first individual part or the first individual parts and the subsequent connection of the second or the plurality of second individual parts having at least one cavity, i.e. that the method can also be used for retrofitting existing frame-shaped structures.

Nachfolgend wird der Erfindungsgegenstand anhand der Zeichnungen beispielsweise näher erläutert. Es zeigt: The subject matter of the invention is explained in more detail below with reference to the drawings, for example. It shows:

Fig. 1 einen Schnitt durch ein Maschinengestell, beispielsweise eine Werkzeugmaschine, 1 shows a section through a machine frame, for example a machine tool,

Fig. 2 eine Aufsicht auf das Gestell nach Fig. 1, und Fig. 2 is a plan view of the frame of FIG. 1, and

Fig. 3 eine Seitenansicht des Gestells nach Fig. 1. 3 shows a side view of the frame according to FIG. 1.

Als Ausführungsbeispiel der Erfindung ist ein ge-schweisstes Maschinengestell einer Werkzeugmaschine gewählt. A welded machine frame of a machine tool is selected as the exemplary embodiment of the invention.

Das rahmenförmige Maschinengestell weist vier Führungsbahnen 1, 2, 3, 4 für die nicht gezeichneten Schütten unterschiedlichster Bearbeitungseinheiten der Werkzeugmaschine auf. Diese Führungsbahnen 1, 2, 3, 4 sind auf einer Tragplatte 5 des Maschinenbettes aufgeschweisst. Unter der Tragplatte 5 verlaufen Querträger 6, 7, 8, 9, 10, die an der Tragplatte 5 angeschweisst sind. Diese Querträger 6, 7, 8, 9 und 10 sind Hohlprofile. Die Innenräume 11, 12, 13, 14, 15 der Querträger sind mit einem schwingungsdämpfenden Stoff gefüllt. Dieser Stoff kann beispielsweise eine mindestens beim Einbringen fliessfähige Masse sein, kann ein geschäumter Kunststoff sein, kann ein körniger, schüttfähiger Stoff, z.B. Quarzsand sein. Es ist nicht notwendig, dass alle Innenräume des Maschinengestells mit demselben schwingungsdämpfenden Stoff gefüllt sind, so dass Schwingungen möglichst nahe beim Ort ihrer Entstehung durch einen besonders auf jeweilige Schwingungsquellen abgestimmten schwingungsdämpfenden Stoff gedämpft werden. Beispielsweise könnten im gezeichneten Beispiel die Querträger 6, 7, 8 und 10 mit Quarz-Sand, jedoch der Querträger 9 mit Blei gefüllt sein. Blei wirkt ausserordentlich schwingungsdämpfend, jedoch würde die ausschliessliche Verwendung von Blei als schwingungsdämpfender Stoff die gesamte Konstruktion zu schwer machen und zu möglichen statischen Festigkeitsproblemen führen. The frame-shaped machine frame has four guideways 1, 2, 3, 4 for the chutes (not shown) of various processing units of the machine tool. These guideways 1, 2, 3, 4 are welded onto a support plate 5 of the machine bed. Cross members 6, 7, 8, 9, 10, which are welded to the support plate 5, run below the support plate 5. These cross beams 6, 7, 8, 9 and 10 are hollow profiles. The interiors 11, 12, 13, 14, 15 of the cross members are filled with a vibration-damping material. This substance can be, for example, a mass which is flowable at least when introduced, can be a foamed plastic, can be a granular, pourable substance, e.g. Be quartz sand. It is not necessary for all interior spaces of the machine frame to be filled with the same vibration-damping material, so that vibrations are damped as close as possible to the point at which they originate by a vibration-damping material that is specially matched to the respective vibration sources. For example, in the example shown, the cross members 6, 7, 8 and 10 could be filled with quartz sand, but the cross member 9 could be filled with lead. Lead has an extremely vibration-damping effect, but the exclusive use of lead as a vibration-damping material would make the entire construction too heavy and lead to possible static strength problems.

Die Querträger 6, 7, 8, 9 und 10 sind über Querplatten 16, 17, 18, 19 und 20 auf einer Grundplatte 21 abgestützt. Sämtliche Verbindungen sind auch hier als Schweissverbindungen ausgeführt. Weiter erstrecken sich unter den Führungsbahnen 1, 2, 3 und 4 Längsplatten 35, 36, 37 und 38, die entlang ihrer Ränder ebenfalls mit dem jeweils daran anschliessenden Bauteilen und der Grundplatte 21 verschweisst sind. The cross members 6, 7, 8, 9 and 10 are supported on a base plate 21 via cross plates 16, 17, 18, 19 and 20. All connections are also designed as welded connections. Further extend under the guideways 1, 2, 3 and 4 are longitudinal plates 35, 36, 37 and 38, which are also welded along their edges to the components connected thereto and the base plate 21.

Das Gestell weist weiter kastenförmige Längsträger 22, 23, 24 und 25 auf, deren Innenräume 26, 27, 28, 29 ebenfalls mit Quarzsand gefüllt sind. Zu bemerken sind hier die unterschiedlichen Querschnittsformen dieser Längsträger 22, 23, 24 und 25, die einerseits als schwingungsdämpfende Bauglieder und andererseits gleichzeitig als statisch tragende Bauglieder dienen. The frame also has box-shaped side members 22, 23, 24 and 25, the interior spaces 26, 27, 28, 29 of which are also filled with quartz sand. The different cross-sectional shapes of these longitudinal beams 22, 23, 24 and 25 are to be noted here, which serve on the one hand as vibration-damping structural members and on the other hand at the same time as statically load-bearing structural members.

Eine Abschlussplatte 30 erstreckt sich entlang einer Längsseite des Gestells, welches über ange- An end plate 30 extends along a long side of the frame, which is connected over

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schweisste Plattenglieder bzw. Blöcke 31, 32 und 33 auf einem jeweiligen Boden 34 abgestützt ist. welded plate members or blocks 31, 32 and 33 is supported on a respective floor 34.

Die beschriebene Ausführung ist also eine vollständige Schweisskonstruktion, wobei die Schweiss-stellen die starren Verbindungen zwischen den verschiedenen Einzelteilen bilden. Die Einzelteile anderer möglicher Ausführungen sind verschraubt, so dass die Schraubverbindungen die starren Verbindungen bilden und offensichtlich können sowohl Schweiss- als auch Schraubverbindungen gleichzeitig vorliegen. Gleichermassen sind bei weiteren möglichen Ausführungen Niet- oder Klebverbindungen vorgesehen. Ebenfalls zu bemerken ist, dass bei einer gegebenen Konstruktion mit mehreren Einzelteilen, die einen Hohlraum aufweisen, also sogenannte Hohlprofile nicht jeder vorhandene Hohlraum mit einem schwingungsdämpfenden Stoff gefüllt sein muss, sondern nur soviele und diejenige, die für ein wirksames Dämpfen von Schwingungen benötigt sind. Beim Nachrüsten von schon bestehenden Maschinen kommen am ehesten Schraub- und Klebverbindungen in Frage, weil ein Schweissen unerwünschte Spannungen verursachen kann, die durch das Vibrieren aufgehoben werden sollten, wobei jedoch ein Vibrieren einer bestehenden Maschine zum Entspannen der Schweissstellen und angrenzenden Bereich der jeweiligen Einzelteile gefährlich, weil zerstörend, sein könnte. The design described is therefore a complete welded construction, the welded points forming the rigid connections between the various individual parts. The individual parts of other possible designs are screwed together so that the screw connections form the rigid connections and obviously both welded and screw connections can be present at the same time. Likewise, riveted or adhesive connections are provided in other possible designs. It should also be noted that for a given construction with several individual parts that have a cavity, i.e. so-called hollow profiles, not every existing cavity has to be filled with a vibration-damping substance, but only as many and those that are required for effective damping of vibrations. When retrofitting existing machines, screw and adhesive connections are most likely to be considered, because welding can cause undesirable tensions, which should be removed by vibrating, but vibrating an existing machine to relax the welding points and the adjacent area of the individual parts is dangerous because it could be destructive.

Nachfolgend wird nun die Herstellung des rahmenförmigen Gebildes als Ausführung des erfin-dungsgemässen Verfahrens beschrieben. Das Ausführungsbeispiel ist somit auf eine Schweisskonstruktion gerichtet, wobei jedoch andere bekannte starre Verbindungen keinesfalls ausgeschlossen sind. Auch kann das Maschinengestell als einziger Teil aus Gusseisen bestehen. The production of the frame-shaped structure as an embodiment of the method according to the invention is now described below. The exemplary embodiment is thus directed towards a welded construction, although other known rigid connections are by no means excluded. The machine frame can also be the only part made of cast iron.

Grundsätzlich kann unter zwei Arten das rahmenförmige Gebilde ausmachenden Einzelteile unterschieden werden, nämlich die in einer ersten Anzahl vorliegenden Einzelteile ohne mit einem schwingungsdämpfenden Stoff gefüllten Hohlräume, also z.B. die Führungsbahnen 1-4, die Tragplatte 5, die Querplatten 16-20, die Grundplatte 21, die Abschlussplatte 30, die Plattenglieder 31-33 und die Längsplatten 35-38, und die in einer zweiten Anzahl vorliegenden Einzelteile mit Hohlräumen, also z.B. die Querträger 6-10 und die kastenförmigen Längsträger 22-25. Die verschiedenen Einzelteile werden nun miteinander verschweisst. Folglich ergeben sich insbesondere beim Bereich der Schweissstellen Spannungen. Basically, a distinction can be made between two types of individual parts that make up the frame-shaped structure, namely the individual parts that are present in a first number without cavities filled with a vibration-damping substance, e.g. the guideways 1-4, the support plate 5, the transverse plates 16-20, the base plate 21, the end plate 30, the plate members 31-33 and the longitudinal plates 35-38, and the individual parts with cavities, i.e. e.g. the cross members 6-10 and the box-shaped side members 22-25. The various individual parts are now welded together. As a result, stresses arise particularly in the area of the welds.

Zum Entspannen wird nun das Gebilde auf Gummiunterlagen gestellt. Darauf wird ein Vibrator-Gerät, z.B. auf die Platte 5 gesetzt und in Betrieb genommen. Im Bereich der nun vorhandenen Spannungen übersteigen die aus der Dämpfungsspannung der Werkstücke und der Vibrationsspannung zusammengesetzte insgesamte Spannung die Elastizitätsgrenze des jeweiligen Metalls, es wird plastisch bei den entsprechenden Bereichen, das Kristallgitter kann sich ändern und damit eine vollständige Entspannung bewirken. Die Frequenz der Vibration befindet sich vorteilhaft im Bereich von ca. 50-90 Hz, die Zeitdauer ist abhängig von der Konstruktion und kann z.B. bei 50 kN 30 Minuten betragen. To relax, the structure is now placed on rubber pads. A vibrator device, e.g. placed on the plate 5 and put into operation. In the area of the existing stresses, the total tension composed of the damping tension of the workpieces and the vibration tension exceeds the elastic limit of the respective metal, it becomes plastic in the corresponding areas, the crystal lattice can change and thus cause complete relaxation. The frequency of the vibration is advantageously in the range of approx. 50-90 Hz, the duration depends on the construction and can e.g. 30 minutes at 50 kN.

Danach wird der schwingungsdämpfende Stoff in die entsprechenden Hohlräume eingebracht. Als Beispiel sei hier ein rieselfähiger, schüttfähiger körniger Stoff genannt, also ein Stoff, der sandförmig ist. Das Einbringen dieses Stoffes kann entweder erfolgen, indem das Gebilde hochkant gestellt wird, so dass die Längsrichtung der Hohlräume vertikel oder beinahe vertikal verläuft oder dass der Sand durch vorgebohrte Löcher in die Hohlräume eingebracht wird. Während diesem Einbringen wird das Gebilde nochmals vibriert, um ein Verdichten und vollständiges Verteilen des Sandes zu erreichen. Auch hier ist das Gebilde auf Gummi-Unterlagen abgestützt. The vibration-damping substance is then introduced into the corresponding cavities. An example is a free-flowing, pourable granular material, i.e. a material that is sand-like. This material can be introduced either by placing the structure upright so that the longitudinal direction of the cavities is vertical or almost vertical, or by introducing the sand into the cavities through pre-drilled holes. During this introduction, the structure is vibrated again in order to achieve compaction and complete distribution of the sand. Here, too, the structure is supported on rubber pads.

Dieses zweite Vibrieren erfolgt mit einer Frequenz, die tiefer ist als die Frequenz beim Entspannen, beispielsweise beträgt sie nur noch 1/3 derselben. Vorteilhaft ist auch die entsprechende Amplitude kleiner. This second vibration takes place at a frequency which is lower than the frequency when relaxing, for example it is only 1/3 of the same. The corresponding amplitude is also advantageously smaller.

Nach dem erfolgten Einfüllen und Verdichten des schwingungsdämpfenden Stoffes werden die dazu gebrauchten Öffnungen verschlossen. After the vibration damping material has been filled in and compacted, the openings used for this purpose are closed.

Somit liegt ein schwingungsgedämpftes Maschinengestell vor. Es ist ersichtlich, dass die schwingungsdämpfenden Bauteile gleichzeitig tragende Bauteile des Maschinengestell sind, so dass keine zusätzlichen Schwingungsdämpfer notwendig sind. There is therefore a vibration-damped machine frame. It can be seen that the vibration-damping components are simultaneously load-bearing components of the machine frame, so that no additional vibration dampers are necessary.

Claims

1. A method for producing a vibration-damped frame-shaped structure composed of at least one first and at least one second individual part, of which individual parts at least the respective second one has at least one cavity, characterized in that the at least one cavity is filled with a vibration-damping substance, wherein during or after the filling of the vibration-damping material, the at least one second individual part is exposed to vibrations in order to compress the vibration-damping material, and that the at least one second individual part is rigidly connected to the at least one first individual part before or after the filling of the vibration-damping material.

2. The method of claim 1, wherein a plurality of first individual parts (1-4; 5; 16-20; 21; 30; 31-33; 35-38) and a plurality of second individual parts (6-10; 22-25) with at least a cavity (11-15; 26-29) are present, characterized in that at least some of the first individual parts (1-4; 5; 16-20; 21; 30; 31-33; 35-38) for rigid connection to one another welded and vibrated to relax, and that at least some of the second individual parts (11-15; 26-29) with at least some of the first individual parts (1-4; 5; 16-20; 21; 30; 31-33; 35- 38) are welded before or after filling in the vibration-damping material.

3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the vibration-damping substance is a flowable mass or a pourable substance.

4. The method according to claim 2 or 3, characterized

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characterized in that the frequency of vibration to relax is higher than the frequency of vibration when filling the vibration-damping substance.

5. The method according to any one of claims 2-4, characterized in that the amplitude of the vibration for relaxing is higher than the amplitude of the vibration when filling the vibration-damping substance.

6. Assembled from at least two individual parts, frame-shaped and vibration-damped structure made of metal, produced by the method of the preceding claims, characterized in that the individual parts are connected to each other by a rigid connection and at least one individual part (6-10; 26-29) has at least one cavity (11-15; 26-29) each containing a vibration-damping substance.

7. Structure according to claim 6, characterized in that the rigid connection is a weld or a screw.

8. A structure according to claim 6, characterized in that the frame-shaped structure or its individual parts is or are relaxed, and the at least one vibration-damping substance in the respective cavities (11-15; 26-29) is in a vibration-compressed state.

9. Structure according to one of claims 6-8, characterized in that the at least one vibration-damping substance is a pourable, granular substance, in particular quartz sand.

10. Structure according to one of claims 6-9, characterized in that different cavities are filled with different vibration-damping substances.

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