-
Die
Erfindung betrifft eine Maschine entsprechend dem Oberbegriff des
Anspruchs 1.
-
Die
Qualität
von Maschinen, wie z.B. Werkzeugmaschinen, Produktionsmaschinen
oder Robotern, wird stark beeinträchtigt von Störungen,
die über
Schwingungen des Bodens auf dem die Maschine steht, der z.B. in
Form von einem Hallenboden oder einem Fundament vorliegen kann,
eingekoppelt werden. Die Störungen
werden z.B. durch Gabelstapler, Pressen oder andere Maschinen verursacht, die
den Boden zum Schwingen anregen und solchermaßen die Herstellungsgüte negativ
beeinträchtigen. Handelsüblich werden
deshalb die Maschinen über Aufstellelemente
auf dem Boden aufgestellt und solchermaßen die Maschinen vom Boden
entkoppelt.
-
1 zeigt in Form eines Ausführungsbeispiels
eine solche handelsübliche
Aufstellung einer Werkzeugmaschine. Die in dem Ausführungsbeispiel dargestellte
zweiachsige Maschine umfasst ein Maschinenbett 2, eine
erste Maschinenachse in Form eines Schlittens 7, der in
Richtung des Doppelpfeils 3 in waagrechter Richtung mit
Hilfe von Führungen
mittels eines Antriebs hin und her bewegbar ist. Auf dem Schlitten 7 ist
ein Werkstück 5 montiert.
Eine zweite Maschinenachse ist in Form einer vertikal hin und her bewegbaren
Spindel 14, wobei die mögliche
Vertikalbewegung durch einen Pfeil 4 verdeutlicht ist und
einem Werkzeug 6 zur Bearbeitung des Werkstücks 5 gegeben.
Die Maschine ist über
drei Aufstellelemente 8a, 8b und 8c,
welche eine federnde Wirkung haben, auf einen Boden 1 aufgestellt.
-
In 2 ist eine Ansicht des Maschinenbettes 2 sowie
der Aufstellelemente 8a, 8b und 8c in
einer Ansicht von unten gezeigt.
-
Vertikalbewegungen
des Bodens 1, die durch einen Pfeil 12 angedeutet
sind, infolge z.B. eines vorbeifahrenden Gabelstaplers werden von
den Aufstellelementen 8a, 8b und 8c gegenüber der
Maschine insbesondere dem Maschinenbett 2 gut entkoppelt.
-
Infolge
der oft schnellen ruckartigen Bewegungen des Schlittens 7 wirkt
auf das Maschinenbett 2 in horizontaler Richtung eine entgegengesetzt
wirkende Kraft, die eine horizontale Bewegung des Maschinenbetts 2,
was in 1 durch einen
Pfeil 15 angedeutet ist, verursacht. Eine horizontale Bewegung des
Schlittens 7 führt
infolge zu einer horizontalen Schwingbewegung 15 des Maschinenbetts 2,
die sich negativ auf die Produktionsgüte und die mögliche Produktionsgeschwindigkeit
auswirkt. Die verwendeten Aufstellelemente sind, wie schon oben
gesagt, hinsichtlich einer Entkopplung von Vertikalbewegungen 12 des
Bodens 1 gegenüber
dem Maschinenbett 2 gut geeignet, sie besitzen allerdings
im Vergleich zu ihrer Vertikalsteifigkeit eine sehr geringe Horizontalsteifigkeit.
Horizontalbewegungen 15 des Maschinenbetts 2 können sich
somit infolge der unzureichenden Horizontalsteifigkeiten der Aufstellelemente
relativ gut ausbilden und begrenzen die dynamische Leistungsfähigkeit
der Maschine, da es sich um sehr niederfrequente Eigenschwingbewegungen handelt,
sehr stark.
-
Wenn
bisher die Forderung bestand, sowohl Vertikalbewegungen 12 als
auch Horizontalbewegungen 15 des Maschinenbettes zu vermeiden,
wurde deshalb bisher die Maschine in solchen Fällen mit einem sehr großen und
schweren Fundament möglichst
steif verbunden. Die Aufstellelemente wurden in solchen Fällen bisher
z.B. als Zuganker mit extrem hoher Steifigkeit ausgebildet. Durch
das große
Gewicht des Fundamentes ist dieses gegenüber externen Störgrößen wie
z.B. Gabelstaplern oder Nachbarmaschinen weitgehend unempfindlich,
so dass Vertikal bewegungen des Bodens nur sehr geringen Maße vorhanden
sind. Durch die hohe Steifigkeit dieser speziellen Aufstellelemente
werden horizontale Bewegungen des Maschinebettes weitgehend verhindert.
-
Das
für diese
Lösung
notwendige große schwere
Fundament besitzt jedoch den Nachteil, dass es zum einen sehr teuer
ist und zum anderen heute die Anforderung besteht, dass Maschinen schnell
versetzbar sein müssen.
Weiterhin weist ein solches großes
Fundament auch einen erheblichen Platzbedarf auf.
-
Aus
der
CH 633 873 A5 ist
eine Gehäuseabstützung an
einer Turbomaschine bekannt, wobei um ein Anheben einer Gehäuseteilebene
durch Erwärmung
der Abgasseite gegenüber
der Ansaugseite der Turbomaschine zu vermeiden am abgasseitigen Ende
des Gehäuses
beidseitig beweglich in Maschinen-Fundament-Stützkörper gelagerte
Spitzen vorgesehen sind.
-
Aus
der
US 3 794 277 ist
eine Stützplattform bekannt,
auf der Apparate aufgestellt werden können, wobei die Stützplattform
zur Schwingungsdämpfung
von erdbebenerzeugten Schwingungen Dämpfungsmittel aufweist.
-
Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine Maschine derart auf einem
Boden aufzustellen, dass horizontale Bewegungen des Maschinenbettes vermieden
werden.
-
Die
genannte Aufgabe wird gemäß der Erfindung
bei einer gattungsgemäßen Maschine
dadurch gelöst,
dass mindestens ein Maschinenbett der Maschine mittels zumindest
eines Stützelementes
mit einem Boden verbunden ist, wobei das Stützelement gegenüber dem
Maschinenbett und dem Boden drehbar gelagert ist, wobei auf mindestens
einer Seite des Maschinenbetts mindestens zwei Stützelemente
zueinander kreuzförmig
angeordnet sind.
-
Weiterhin
ist ein Stützelement
vorgesehen zur Lagerung einer Maschine, wobei das Stützelement
Mittel aufweist um mit der Maschine drehbar verbunden zu werden
und Mittel um mit dem Boden drehbar verbunden zu werden.
-
Vorteilhafte
Ausgestaltungen der Erfindung nach Anspruch 1 ergeben sich aus den
Unteransprüchen.
-
Ein
wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht darin, dass zur Vermeidung
von Vertikal- und Horizontalbewegungen des Maschinebettes kein großes Fundament
und/oder spezielle besonders steife Ausstellungselemente mehr benötigt werden.
-
Eine
erste vorteilhafte Ausbildung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet,
dass das Stützelement
in Form von Stäben
aus gebildet ist. (Anspruch 2) Eine Ausbildung des Stützelementes
in Form eines Stabes ist besonders kostengünstig zu realisieren.
-
Ferner
erweist es sich als vorteilhaft, dass das Stützelement und mindestens ein
weiteres Stützelement
auf gegenüberliegenden
Seiten des Maschinenbettes angeordnet sind. (Anspruch 3) Wenn die
Stützelemente
auf jeweils gegenüberliegenden Seiten
des Maschinenbettes angeordnet sind, wird eine besonders gute Unterdrückung von
Horizontalbewegungen der Maschine erzielt.
-
Es
erweist sich als vorteilhaft, wenn die kreuzförmige Anordnung der Stützelemente
jeweils auf gegenüberliegenden
Seiten des Maschinenbetts realisiert ist. (Anspruch 4) Wenn die
Stäbe auf
jeweils gegenüberliegenden
Seiten des Maschinenbettes angeordnet sind, wird eine besonders
gute Unterdrückung
von Horizontalbewegungen der Maschine erzielt.
-
Eine
weitere vorteilhafte Ausbildung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet,
dass das Stützelement
einer Seite des Maschinenbettes angeordnet ist. (Anspruch 5) Hierdurch
wird eine platzsparende Ausbildung der Erfindung ermöglicht.
-
Weiterhin
erweist es sich als vorteilhaft, wenn das Stützelement innerhalb des Maschinenbettes
angeordnet ist. (Anspruch 6) Hierdurch wird eine besonders platzsparende
Ausbildung der Erfindung ermöglicht.
-
Weiterhin
erweist es sich als vorteilhaft, dass das Stützelement maschinenseitig nahe
einer Ecke des Maschinenbettes mit dem Maschinenbett drehbar verbunden
ist, (Anspruch 7) da dort eine beson ders gute Stützwirkung des Stützelementes
erzielt werden kann.
-
Drei
Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden
näher erläutert. Dabei
zeigen:
-
1 eine
Werkzeugmaschine,
-
2 ein
Maschinenbett als Ansicht von unten der Maschine,
-
3 eine
erfindungsgemäße Werkzeugmaschine
mit Stützelementen
gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel,
-
4 ein
zweites Ausführungsbeispiel
der Erfindung und
-
5 ein
drittes Ausführungsbeispiel
der Erfindung.
-
In 3 ist
in Form einer perspektivischer Ansicht eine erfindungsgemäße Werkzeugmaschine schematisch
dargestellt. Die in 3 dargestellte Ausführungsform
entspricht im Wesentlichen der hervorstehend gemäß 1 und 2 beschriebenen handelsüblichen
Ausführungsform.
Die Elemente sind daher in 3 mit dem
gleichen Bezugszeichen versehen wie in 1. Die erfindungsgemäße Ausführungsform
gemäß 3 ist
ebenfalls auf federnden Aufstellelementen 8a, 8b und 8c gemäß 1 und 2,
die jedoch in 3 nicht explizit dargestellt
sind, aufgestellt. Die vier Seiten des Maschinenbettes 2 gemäß 3 sind
mit A, B, C und D gekennzeichnet, wobei die Seite C, die gegenüber der
Seite A liegt und die Seite D, die gegenüber der Seite B liegt, der
perspektivischen Darstellung wegen nicht einsehbar sind. Der Wesentliche
Unterschied der erfindungsgemäßen Werkzeugmaschine
gemäß 3 gegenüber der
Werkzeugmaschine gemäß 1 besteht
darin, dass in der Ausführungsform
gemäß 3 zusätzlich das
Maschinenbett 2 der Maschine mittels länglicher Stützelemente 9a, 9b, 9c und 9d mit
einem Boden 1 verbunden ist, wobei die Stützelemente 9a, 9b, 9c und 9d gegenüber dem
Maschinenbett 2 und dem Boden 1 mit Hilfe von
Lagern 10a, 10b, 10c, 10d, 11a, 11b, 11c und 11d drehbar
gelagert sind. Die Stützelemente 9a, 9b, 9c, 9d sind
in dem Ausführungsbeispiel
in Form von Stäben,
die z.B. aus Metall oder einem Kohleverbundstoff bestehen können, ausgebildet.
Durch die Länge
der Stäbe besitzen
diese eine federnde Wirkung. Solche Stäbe haben den Vorteil, dass
sie besonders kostengünstig zu
realisieren sind. Alternativ sind als Stützelemente selbstverständlich auch
hydraulische Elemente oder eine Ausprägung in Form von Federn denkbar.
-
Die
erfindungsgemäßen Stützelemente 9a, 9b, 9c und 9d haben
auf die Entkopplungseigenschaften der federnden Aufstellelemente
praktisch keinen Einfluss, so dass vertikal verlaufende Bewegungen
insbesondere Schwingungen des Bodens, von den üblichen Aufstellelementen,
ohne die Verwendung eines großen
Fundamentes oder besonders steifer Aufstellelemente von der Maschine,
insbesondere dem Maschinenbett ferngehalten werden können. Die
horizontalen ausgerichteten Schwingungen in Richtung des Doppelpfeils 15 werden
durch die Stützelemente
hinsichtlich ihrer Amplitude stark vermindert, gleichzeitig wird
die niedrigste Eigenfrequenz der Maschine in horizontaler Richtung
merklich angehoben, von z.B. 14 Hz auf 20 Hz. Die neben der Unterdrückung der
horizontalen Schwingungen erzeugte Erhöhung der niedrigsten Eigenfrequenz der
Maschine in horizontaler Richtung, gemäß dem Pfeil 15, erlaubt
eine deutliche Erhöhung
der dynamischen Leistungsfähigkeit
der Maschine, da infolge der höheren
Eigenfrequenz auch die Regelung der horizontalen Bewegung des Schlittens 7 dynamischer
eingestellt werden kann. Die Regelverstärkung kann somit erhöht werden.
Dieser Vorteil bedingt schnellere Produktionszeiten und somit niedrige
Kosten.
-
In
dem Ausführungsbeispiel
sind insgesamt vier Stützelemente 9a, 9b, 9c und 9d vorhanden.
Jeweils zwei Stützelemente
sind, um eine optimale Wirkung zu erzielen, dabei im Ausführungsbeispiel
auf zwei gegenüberliegenden
Seiten A und C des Maschinenbetts 2 angeordnet. Natürlich ist
es auch denkbar, die Stützelemente
auch nur auf einer Seite z.B. A anzubringen.
-
Weiterhin
ist es selbstverständlich
auch denkbar mehr als zwei Stützelemente
pro Seite des Maschinenbetts 2 anzubringen. Zusätzlich zu
den Stützelementen,
die im Ausführungsbeispiel
auf Seite A und C des Maschinenbettes 2 angebracht sind, können selbstverständlich auch
Stützelemente
in der selben Weise an die Seiten B und D des Maschinenelementes 2 angebracht
werden. Dies ist insbesondere dann notwendig, wenn die Maschine
eine weitere Maschinenachse besitzt, die z.B. eine waagrechte Bewegungsführung des
Werkstücks 5 entlang
einer Bewegungsrichtung 17 gemäß 3, die in
der waagrechten um 90° versetzt
gegenüber
der Bewegungsrichtung 15 verläuft, ermöglicht.
-
In 4 ist
eine weitere Ausführungsform der
Erfindung dargestellt. Diese entspricht im Wesentlichen der vorstehend
in 3 beschriebenen Ausführungsform. Gleiche Elemente
sind daher in 4 mit den gleichen Bezugszeichen
versehen wie in 3. Der Wesentliche Unterschied
in der Ausführungsform
gemäß 4 gegenüber der
Ausführungsform
gemäß 3 besteht
darin, dass bei der Ausführungsform
gemäß 4 die
Stützelemente 9a, 9b, 9c, 9d zueinander
kreuzförmig
angeordnet sind. Da horizontale Schwingungen des Maschinenbettes 2 in
waagrechter Richtung gemäß dem Doppelpfeil 15 zu
unterdrücken
sind, werden zudem gegenüber 3 die
Stützelemente
nicht mehr auf den Seiten A und C angebracht, sondern an den Seiten
B und D, wobei die Stützelemente
im Gegensatz zur 3 nicht mehr von dem Maschinenbett
weg verlegt werden, sondern vorzugsweise längs des Maschinenbettes 2 entlang
der Seiten B und D verlaufen. Die Stützelemente 9a, 9b, 9c, 9d werden
in dem Ausführungsbeispiel
parallel zu der betreffenden Seite des Maschinenbetts 2 an
dem sie montiert sind, geführt.
Alternativ ist es auch denkbar, z.B. die Lagerung 11a und 11b der
Stützelemente 9a und 9b weiter
entfernt von der Seite B des Maschinenbettes 2 anzubringen
und solchermaßen
auch eine in Richtung der Bewegungsrichtung 17 wirkende
Versteifung der Maschine, insbesondere des Maschinenbettes 2 zu
erzielen. Die Ausführungsform
der Erfindung gemäß 4 hat
gegenüber
der Ausführungsform der Erfindung
gemäß 3 den
großen
Vorteil eines deutlich reduzierten Platzbedarfes.
-
In 5 ist
eine weitere Ausführungsform der
Erfindung dargestellt. Diese entspricht im Wesentlichen der vorstehend
in 4 beschriebenen Ausführungsform. Gleiche Elemente
sind daher in 5 mit den gleichen Bezugszeichen
versehen wie in 4. In der Funktion entspricht
die Ausführungsform
gemäß 5 der
Ausführungsform
gemäß 3 und 4.
Der einzige Wesentliche Unterschied der Ausführungsform gemäß 5 gegenüber der
Ausführungsform
gemäß 4 besteht
darin, dass die Stützelemente 9a, 9b, 9c und 9d innerhalb
des Maschinenbettes 2 angeordnet sind. Dies hat den Vorteil
einer besonders platzsparenden Bauweise. Die Stützelemente 9a, 9b, 9c, 9d können dabei
z.B. innerhalb einer entsprechenden Aussparung oder Nut im Maschinenbett 2 untergebracht
sein.
-
Selbstverständlich ist
es, wie bei der Ausführungsform
gemäß 3 und
den Ausführungsformen
gemäß 4 und 5 auch
möglich,
dass die kreuzförmige
Anordnung auch nur auf einer Seite des Maschinenbetts 2 angeordnet
ist oder das im Extremfall nur ein einzelnes Stützelement z.B. das Stützelement 9a gemäß 4 vorhanden
ist und z.B. entlang einer Seite des Maschinenbettes 2 angeordnet
ist. Um eine optimale Wirkung zu erzielen ist es jedoch sinnvoll
die Stützelemente
auf gegenüberliegenden Seiten
anzuordnen.
-
Selbstverständlich ist
es auch denkbar, dass auch in der Ausführungsform gemäß 5 nur
ein einzelnes Stützelement
vorhanden ist.
-
Weiterhin
ist es auch denkbar, dass auf einer Seite des Maschinebetts mehr
wie die in den Ausführungsbeispielen
dargestellten zwei Stützelemente pro
Seite verwendet werden.
-
Je
mehr Stützelemente
verwendet werden um so steifer wird die Anordnung.
-
In
den Ausführungsformen
gemäß 3, 4 und 5 weist
das Maschinenbett 2 mehrere Ecken auf, wobei in jeder Figur
der Übersichtlichkeit halber
nur eine Ecke 16 mit einem Bezugszeichen versehen ist.
Um eine optimale Wirkung, zu erzielen ist es sinnvoll, maschinenseitig
die Stützstäbe 9a, 9b, 9c, 9d nahe
der Ecken des Maschinenbettes 2 anzubringen.
-
Selbstverständlich sind
auch Kombinationen von innerhalb des Maschinenbettes 2 angeordneten Stützelementen
und außerhalb
des Maschinenbettes 2 angeordneten Stützelementen sowie Kombinationen
aus der Anordnung der Stützelemente
entlang einer Seite des Maschinenbettes 2 gemäß 4 und weg
vom Maschinenbett 2 gerichtet, gemäß 3, möglich.
-
Die
Stützelement
weisen dabei Mittel um mit der Maschine drehbar verbunden zu werden
und Mittel um mit dem Boden drehbar verbunden zu werden, auf.
-
Die
Mittel sind dabei in den Ausführungsbeispielen
als drehbare Lager 10a, 10b, 10c, 10d, 11a, 11b, 11c und 11d realisiert.
Die Lager können
z.B., wie in dem Ausführungsbeispielen,
nur in Form von einfachen nur in eine Richtung drehbaren Lagern
als auch in Form von kardanischen Aufhängungen realisiert sein.
-
Selbstverständlich kann
z.B. im Falle einer großen
Maschine, die mehrere Maschinenbette aufweist, nicht nur ein Maschinenbett
sondern mehrere Maschinenbette der Maschine, mittels der erfindungsgemäßen Stützelemente,
mit dem Boden verbunden sein.