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P R E S S E N R A H "l E N Die Erfindung betrifft einen Pressenrahnen
aus Quer-und Längsholme, die über bogenförmige Lagerflächen gelenkartig miteinander
verbunden sind.
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Bei hydraulischen Pressen entstehen große, in entgegengesetzter Richtung
wirkende Kräfte, die vom Pressenrahmen, Gestell oder Ständer der Presse aufgenommen
werden müssen. Solche Fressenrahmen werden in üblicher Bauart zumeist als geschlossener
Rahmen ausgeführt und bestehen entweder aus einem Stück, oder die Quer-- und Längsholme
sind zu einer biegesteifen Konstruktion durch Verschweißung bzw, Verschraubung fest
miteinander verbunden. Bei vielen Ausführungen von Pressenrahmen wird die Funktion
eines der Querholme von dem Fressentisch übernommen.
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Bei den@bekannten pressen bestehen die Querholme aus Gußformgtücke,
aus Profileisen oder aus Stahlblechen
zusammengeschweißtem Kastengebilde,
während die Längsholme aus Rundsäulen, Profileisen oder aus einem oder mehreren
Blechen bestehen können. Das wesentlichste Konstruktionsmerkmal eines geschlossenen
Rahmens ist demnach eine starre und biegesteife Verbindung von Quer- und Längsholmen
der Presse.
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-Die Belastung des oberen Querholmes durch die konzentrierten Einzelkräfte
der Druckstempel ist ungünstiger als die des Pressentisches durch den gleichmäßig
verteilten Preßdruck. Gewähnlieh ist der Querholm auch noch schwächer ausgeführt
als der massive Fressentisch. Aus beiden Gründen biegt sich der Querholm stärker
durch. und überträgt diese Verformung auf die starr angebrachten Zängsholme.'Dabei
ist es ohne Bedeutung ob die starre Verbindung der Längsholme mit dem Querholm durch
VerschweiBung oder durch Verschraubung hergestellt ist. Der Nachteil der starren
Konstruktion eines geschlossenen Rahmens besteht darin, daß durch die Durchbiegung
der Querholme in den Längsholmen nicht nur Zugkräfte auftreten, sondern auch Biegebeanspruchungen.
Die Zug- und Biegebeanspruchungen können rechnerisch nur näherungsweise ermittelt
werden, größere Schwierigkeiten bestehen dagegen in der Beurteilung der dritten
Beanspruchung durch die Kerbspannungen, die an den Übergangsstellen von Querholm
und Längsholm auftreten. Die Größe der Ke-bspannungen wird vor allem durch scharfe
Übergänge und Biegemomente beeinflußt.
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Zusammenfassend kann demnach festgestellt werden, daß die
am
meisten gefährdete Stelle-eines geschlossenen Rahmens die Innenseite des Längsholmes
an der inneren Seite des unteren und oberen Querholms ist, weil hier die folgenden
Beanspruchungen gleichzeitig wirken und sich überlagern: 1. reine Zugbeanspruchung,
verursacht durch die Kraft der Druckstempel, 2. reine Biegebeanspruchung, verursacht
durch die Verformung des Querholms und durch-,die starre Verbindung von Quer- und
Längsholm, 3. Kerbspannungen, durch den scharfen Eckenübergang der Innenseite des
Rahmens und durch das auftreten von Biegemomenten an dieser Stelle.
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Gerade die letzte Art der Beanspruchung durch die Kerbspannung, die
rcan im allgemeinen schlecht berechnen kann und die man in der Praxis durch einen
einfachen Sicherheitszuschlag aufzunehmen versucht, erweist sich für die Dauerfestigkeit
des Liaterials als gefährlichste Belastung, weil diese Kerbspannungen zu extrem
hohen, lokal wirkenden Spannungsspitzen führen, die bei einer Wechsel- oder Dauerschwellbelastung
Spannungsrisse verursachen.
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Dem stgtisch unbestimmten System des geschlossenen Rahmens wurde bisher
dadurch begegnet, daß man in Form eines Sicherheitszuschlags die Längsholme und
zum Teil auch die Auerholme überdimensioniert hergestellt hat., ohne damit die Gefahren
der Beschädigung bzw. Zerstörung des Pres:;enrahmens ganz auszuschalten.--Dies wirkt
sich im Pressengewicht und im .Endpreis :n.htF7@ aus.
Im Gegensatz
zur starren Konstruktion eines geschlossenen Rahmens ist auch eine Presse (England
560 229) mit einem Gelenkrahmen bekannt geworden. Die Quer- und Längsholme dieses
Gelenkrahmens bestehen jeweils aus mehreren an ihren Enden mit Bohrungen versehenen
Blechlamellen, wobei die zu einem rechteckigen Rahmen verbundenen Blechlamellen
an den vier Ecken kammartig ineinander greifen. Die Vexbindung wird durch Verschraubung
hergestellt. Nachteilig wirken sich bei dieser Anordnung die in Quer-und Längsholme.
angebrachten Bohrungen aus, da sie den wirksamen Querschnitt vermindern und da sich
vor allem in den Längsholmen gefährdete Stellen ergeben. Dadurch bedingt, muß auch
hier eine wesentliche Verstärkung der Konstruktionsteile in 4en Kauf genommen werden.
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Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß die-Berührungsflächen auch
auf Reibung beansprucht werden und durch oftmaligen Lastwechsel ein. Ausleiern der
Lagerflächen .. bewirkt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Pressenrahmen mit
genau definiertem Spannungszustand zu gestalten, der innerlich statisch bestimmt
ist und somit eine gleichmäßige Ausnutzung des Materials gewährleistet.
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Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Quer-
und Längshohe eines Pressenrahmens über bogenförmige und ebene Lagerflächen miteinander
verbunden sind, die bei Durchbiegung der@Querholme eine Gelenkverbindung durch Abrollen.
zwischen Quer- und Längsholme in Längsrichtung.der-Querholme ermöglichen, wobei
die -bog enförmiren
Lagerflächen aus einer halbkreisförmigen Profilierung
der Querholme oder aus abgerundeten Lagerblechen, die an den Enden der Längsholme
angeschweißt sind, und die ebenen Lagerflächen aus ebenen Lagerblechen, die an den
Enden der Längsholme angeschweißt sind, oder aus ebenen ausgebildeten Querholmen
bestehen.
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Zur Vermeidung einer Deformierung der unter höchster Flächenpressung
stehenden Lagerflächen an Quer- und Längsholmen, können in vorteilhafter 'Weise
nach der Erfindung die bogenförmigen als auch di.e ebenen Lager-Flächen aus gehärteten,
abgerundeten Stahleinsätzen bzw. aus gehärteten ebenen@Auflagestücken bestehen.
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Um bei Belastung der Presse einen außermittigen Angriff auf die Längsholme
zu vermeiden, sind nach einer weiteren Ausbildun- der Erfindung die ebenen Lagerflächen
schräg ausgeführt, so daß die Mittelachsen der Längsholme nach Erreichung der höchsten
Durchbiegungjder Querholme mit der auf die ebenen Lagerflächen projezierten Senkrechten
zusammenfallen. Die Scherfestigkeit der Schweißverbindung zwischen Längsholm und
Lagerblech wird erfindungsgemäß wesentlich verbessert, wenn durch entsprechende
Profilierung des Lagerblechs die Schweißfläche vergrößert wird. Erfindungsgemäß
können große Schweißflächen mit günstiger Druckübertragung auf die Längsholme erreicht
werden, wenn die Profilierungen ähnlich den-Buchstaben E, K, U und T ausgeführt
sind.
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Die Stabilität des Pressenrahmens in unbelasteten Zustand wird durch
Anbringung von Blechstreifen an Quer- und Längsholme erreicht. Während für die Aufläge
des`oberen
Querholms an der Innenseite der Längsholme angeschweißte
Blechstreifen dienen, sind für die Auflage der Längsholme, bei Ausführung des Pressenrahmens
mit am unteren Querholm angreifenden Druckstempeln oder bei Ausführung des Pressenrahmens
mit am oberen und unteren Querholm angebrachter Gelenkverbindung, Blechstreifen
an den inneren Seite der Längsholme vorgesehen. In Querrichtmng werden die Querholme
durch an ihrer Außenseite angeschweißte Blechstreifen unverschiebbar festgehalten.
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Für eine bessere Übertragung der durch die Längsholme und Druckstempel
am Querholm angreifenden Kräfte, sind nach einer weiteren Ausbildung der Erfindung
die Querholme insbesondere an den Angriffspunkten der Druckstempel, mit-außen angeordneten
Längsholmen auch an den Angriffspunkten Längsholme, mit aussteifenden Stegblechen
versehen.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt
und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen: Fig. 1 einen Gelenkrahmen nach
der Erfindung im unbelasteten Zustand, Fig. 2 die Verformung eines unter Belastung
stehenden Gelenkrahmens, Fig. 3 den Verlauf der Biegemomente eines Gelenkrahmens
nach Fig. 2, Fig. 4 .eine Ausführung des Gelenkrahmens nach der Erfindung mit einer
am unteren und oberen Querholm vorgesehenen Gelenkverbindung,
Fig.
5 den Verlauf der Biegemomente eines Doppel-Gelenkrahmens, Fig. 6- einen Gelenkrahmen
mit Ausführung der bogenförmigen Lagerfläche am Querholm, Fig. 7 einen Gelenkrahmen
mit schräger Ausführung der Lagerfläche am Querholm im unbelasteten Zustand, Fig.
8 einen Gelenkrahmen mit schräger Ausführung der Lagerflächen am Querholm unter
Belastung, Fig. cil eine perspektivische Ansicht einer Gelenkverbindung, Fig.
10 eine Gelenkverbindung mit einem abgerundetem, gehärtetem Stahleinsatz
und einem-ebenen gehärtetem Auflagerstück, Fig. 11 die Anbringung der SchtNeißstellen
zur Verbindung des Lage=.-blechs mit dem Längsholm, Fig. 12 eine Gelenkverbindung
mit einem Längsholm aus Blechstreifen, Fig. 13 eine Draufsicht einer Gelenkverbindung
nach Fig. 12,
Fig. 14 eine Gelenkverbindung mit einem Längsholm aus Vierkantstä,ben.
Fig. 15 Eine Draufsicht auf eine selenkvel-bindung nach Fig. 1 ¢ und Fig. 16a-d
verschiedene Ausführungen eines Lagerblechs. Wie in Fig. 1: - 15 zeichnerisch dargestellt;
besteht im Unterschied zum -geschlossenen Rahmen die Möglichkeit gemäß der Erfindung,
eine gelenkige Verbindung von-°#Züerholm 2
und Längsholm 1 durch
Abrollen in Längsrichtung des Querholms 2 zu'verwirklichen. Das Gelenk wird durch
ein abgerundetes Lagerblech .4 gebildet, daß analem oberen Ende des Längsholmes
1 angeschweißt ist und einer ebenen Lagerfläche am Querholm 2.
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Im unbelasteten Zustand liegt der Querholm 2 auf den beiden am Längsholm
1 angeschweißten Blechstreifen 6 auf und wird durch die am Querholm 2 angeschweißten
Blechstreifen 5 unverschiebbar in Querrichtung festgehalten. Die Längsholme 1 können
an ihrem unteren Ende entweder an einem Pressentisch 3 befestigt sein oder wie aus
Fig. 4 hervorgeht, mit einem unteren Querholm 2 ebenfalls durch eine Gelenkverbindung
gemäß der Erfindung verbunden sein.
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Eine Abstützung der Längsholme 1 auf dem unteren Querholm 2' wird
durch.an der Innenseite der Längsholme 1 angeschweißten Blechstreifen 7 -ermöglicht.
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Wie aus Fig. 2 und Fig. 4,-die beide die Verformung eines Gelenkrahmens
unter Belastung zeigen, hervorgeht, vollzieht sich bei Durchbiegung der Querholme
2 u. 2'unter Einwirkung der Kräfte P eine rollende Bewegung zwischen den ebenen
Lagerflächen an den Querholmen 2 u. 2'und den abgerundeten Lagerblechen 4 in Längsrichtung
der Querholme. Zur Verhinderung von Kerbspannungen ist Bedingung, daß nach Fig.
2 keine starre Verbindung von Pressentisch 6 und den Längsholmen 4 besteht, Der
Verlauf der Biegemomente eines Gelenkrahmens unter Belastung nach Fig. 2 ist in
Fig. 3, der nach Fig. 4 in Fig. 5 dargestellt.
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Durch die biegeweiche Verbindung der Querholme 2 ia. 2' und den Längsholmen
1 entstehen keine Biegemomente und
damit auch keine Kerbspannungen in den Längsholmen 1 . Eine Gelenkverbindung nach
der Erfindung kann auch dadurch hergestellt werden, daß die ebene Lagerfläche an
dem Lagerblech 8 angebracht ist und die bogenförmige Lagerfläche als halbkreisförmige
Profilierung 9 des Querholms 2 ausgebildet ist.
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Zur Verhinderung einer außermittigen Kraftübertragung auf die Längsholme
1 wird in weiterer Ausbildung des Gelenkrahmens gemäß der Erfindung die ebene Lagerfläche
10, sei es am Querholm 2 oder'an dem Lagerblech 8, so schräg ausgeführt, daß nach
Erreichung der höchsten Durchbegung des Querholmes 2. eine auf die ebene Lagerfläche
proj
zierte senkrechte Linie mit der Mittelachse 1-I des Längsholmes 1 zusammenfällt.
In Fig. 7 zeigt die Linie I-I die Mittelachse des Längsholmes 1 und im Abstand a
die Linie II-II, an dem Berührungspunkt zwischen der bogenförmigen und ebenen Lagerfläche
im unbelasteten Zustand der Presse, die Paralelle zur Mittelachse I-I an. Im belasteten
Zustand der- Presse nach Fig. 8 muß a gleich 0 sein und die am Berührungspunkt von
der bogenförmigen und ebenen Lagerfläche projezierte senkrechte Linie II-II muß
mit der Mittelachse I-I zusammenfallen. Damit wird eine zentrische Kraftübertragung
auf die neutrale Faser der Längsholme 1 gewährleistet.
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In den Fig. 9 'his 15 sind mehrere Anordnuhgen dargestellt, wie der
Gelenkrahmen bei verschiedenen Längsholmausführungen eingesetzt werden kann, während
der Querholm immer aus zwei Stahl- oder Blechplatten ausgeführt ist.
Der
Querholm kann selbstverständlich auch aus einem gegossenen Holm, aus einzelnen Profileisen
wie U- oder T-träger bestehen oder die Einzelplatten und Profilträger können durch
Querstege zu einem kastenförmigen Gebilde zusammen geschweißt sein. Als Längsholme
werden vorzugsweise Doppel-T-Träger 11, Blechstreifen 16 oder Vierkantstäbe 20 verwendet.
Während sich für die Längsholme 11 u. 20 eine Anordnung innerhalb der von zwei Stahl-
oder Blechlatten gebildetem Querholm 2 als günstig erweist, können die Längsholme
aus Blechstreifen 16 auch außerhalb angeordnet sein. Im letzten Fall werden die
beiden Blechstreifen 16 durch ein Abdeckblech 19 verbunden und an dem Angriffspunkt
des Längsholmes 16 ein Stegblech 18 im Querholm-2 eingeschweißt. Zur Versteifung
der Querholme 2 sind insbesondere auch an den Angriffspunkten der Druckstempel 14
Stegbleche 17 vorgesehen.
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Zur Vermeidung von Deformierungen an den Berührungsstellen der Gelenkverbindung
von Querholm 2 und den Längsholmen 1, Werden insbesondere bei Pressen mit großem
Preßdruck an den Lagerblechen 8 und am Querholm 2 gehärtete, abgerundete Stahleinsätze
12 und gehärtete ebene Auflagerstücke 13 angebracht. Die Erkenntnis des über die
schräge Ausführung der ebenen Lagerflächen ausgeführte, gilt entsprechend auch für
die Auflagerstücken 13.
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Die Fig. 10 zeigt eine vorteilhafte Anordnung von Schweißstellen 15
an einem U-förmigen Lagerblech 4 oder B.
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Die Größe der von dem Lagerblech 4 oder 8 auf die :Längsholme
1, 11, 16 oder 20 übertragbaren Zugkräfte'
hängt von der Größe
der verbindenden Schweißflächen ab. Als besonders vorteilhaft erweisen sich dazu
die ?rofile in E-Form 22, K-Form 23, T-Form 24 und U-Form 25 (4,8) nach Fig. 16
a-d.
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Die mit der Erfindung erzielten Vorteile eines Gelenkrahmens gegenüber
einem geschlossenen Rahmens bestehen darin, daß in den Längsholmen nur noch eine
reine Zugbeanspruchung auftritt und Biegebeanspruchungen in den Längsholmen nicht
mehr vorhanden.sind, weil durch die Gelenke eine frei drehbare Verbindung zwischen
Quer- und Längsholm geschaffen wurde. Die Kerbspannungen entfallen ebenfalls, weil
Quer- und Längsholm in zwei verschiedenen Tragelementen getrennt wurden.
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Die formschlüssige Verbindung-zwischen Querholmen und Längsholmen
ist so angeordnet, daß sich der Querholm im belasteten Zustand momentfrei verdrehen
kann und sich nur noch gegen die abgerundeten Lagerbleche der Längsholme abstützt.
Durch diese Anordnung der Gelenke ist die Verbindung zwischen Längs- und Querholme
demnach im belasteten.
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Zustand kraftschlüssig. (Normal- und Reibungskraft) und im unbelasteten
Zustand formschlüssig und nicht verschiebbar. Ferner ist im Gegensatz zum geschlossenen
Rahmen, welcher zweifach innerlich statisch unbestimmt ist, der Gelenkrahmen innerlich
statisch bestimmt und läßt einen genau definierten Spannungszustand zu.
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Der Gelenkrahmen liefert überschaubare und einfachere Spannungsverhältnisse-,
die eine gleichmäßige Ausnutzung des -Materials gewährleisten.
Die
Pressenkonstruktion mit Hilfe eines Gelenkrahmens ist demnach wesentlich eleganter
und schlanker als die eines geschlossenen, biegesteifen Rahmens.
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Obwohl in einem Berechnungsbeispiel bei jedem Spannungsnachweis ein
großer Sicherheitsbeiwert eingehalten worden ist, ergab sich allein durch die schlankere
Dimensionierung der Längsholme (die Ersparnis der Querholme wurde nicht eingerechnet)
eine wesentliche Materialeinsparung pro Pressenrahmen gegenüber der Presse mit .geschlossenem
Rahmen, was bei 10 hintereinanderliegenden Rahmen bei einer Presse normaler Größe
eine ins Gewicht fallende Ersparnis pro Presse bedeutet.
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Nach einer gewissen Zeit der Erprobung und Erfahrung und nach dem
die an einem Beispiel angestellte Berechnung durch experimentelle Spannungsmessungen
nachgeprüft ist, kann sicherlich der normalerweise übliche Sicherheitsbeiwert auch
hier verwendet werden, so daß noch einmal wesentliche-Einsparungen erzielt werden
können.
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Neben diesen real berechenbaren Ersparnissen bietet die Gelenkrahmenkonstruktion
nach der Erfindung den Vorteil einer größeren Dauerstandfestigkeit, weil die dauerbruchverursachenden
Kerbwirkungen nicht mehrvorhanden sind.»Damit können auch entsprechend höhere Garantiezeiten
den'Kunden angeboten werden.