DE2155532A1

DE2155532A1 - Verfahren und vorrichtung zur verbesserung des schwingungs- und daempfungsverhaltens an werkzeugmaschinen

Info

Publication number: DE2155532A1
Application number: DE2155532A
Authority: DE
Inventors: Heinrich Dr Ing Spodig
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1971-11-09
Filing date: 1971-11-09
Publication date: 1973-05-17
Also published as: CH571665A5; US3829805A; FR2159872A5; GB1415304A; AT324877B; BE788111A; IT970807B; NL7213848A

Description

Dr.-Ing. Heinrich Spodig, 4711 Bork, Netteberge 84

Patentanmeldung

VERFAHREN UND VORRICHTUNG ZUR VERBESSERUNG DES SCHWINGUNGS- UND DÄMPFUNGSVERHALTENS AN WERKZEUGMASCHINEN

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verbesserung des Schwingungs- und Dämpfungsverhaltens an Werkzeugmaschinen, wie Schleif-, Bohr-, Fräs- oder sonstige Maschinen mit Supporten oder anderen beweglichen Bauteilen. Bei diesen ist es bekannt, Magnetrollen mit magnetischer Haftkraft am Umfang der Laufoberfläche mit unmittelbarer, kraftschlüssiger, magnetischer Haftberührung anzuwenden, um Schwingungen an beweglichen Bauteilen der Werkzeugmaschinen dämpfen zu helfen. Zur Anwendung gelangten inhomogene, magnetische Außenstreufeider am Umfang der Rollenlauffläche, welche die beweglichen Maschinenbauteile nur in einer Linie berührten. Die Linienberührung ist natürlich zur Bildung einer großen Haftkraft weniger geeignet, wie at.B. ein flächiges Haftsystem, das an der Magnetoberfläche eine größere Abstrahlfläche aufweist. Durch die in die Rollenmagnetsysteme eingeleitete Induktion war die magnetische Energieausnutzung auch nicht zufriedenstellend.

Die kleinen magnetischen Rollensysteme ergaben im Bewegungsablauf mit den Maschinenbauelementen entsprechend ihrer geringen Haftkraft nur geringe Erfolge im Dämpfungsverhalten der Werkzeugmaschinen. Durch die unmittelbare Haftberührung

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und den Schlupf der Rollen mit den sich bewegenden Maschinenbauteilen bildeten sich sehr schnell kleine aufmagnetisierte Verschleißspäne, die ihrerseits wieder verstärkt allmählich zur vollständigen Zerstörung der Rollen und Maschinenbauteile führten. Mit einer Magnetanordnung in Form von Rollen mit direkter Berührung waren also Schwingungs- und Dämpfungsprobleme nicht zu lösen.

Für die Aufgabenstellung des angesprochenen Problems ist zum Stand der Magnettechnik auch noch der bisherige Stand der Schwingungstechnik ebenso von Bedeutung, da mehrere Faktoren das Schwingungsverhalten einer Werkzeugmaschine bestimmen, u.a.:

a) Steifheit des elastischen Systems von Maschinenbett, Supporte und sonstige Einflüsse konstruktiver Gegebenheiten im Dämpfungsbereich des Kraftflusses;

b) Steifheit und Dämpfungsfähigkeit der Antriebsaggregate, wie Motor, Schnecke, Zahnstange und sonstige Getriebe- und Antriebsteile;

c) Arbeitsbewegung zwischen Werkzeug und Werkstück bei großer statischer und dynamischer Belastung, Güte des Werkzeuges, Analyse, Härte und Zähigkeit des Werkzeugstoffes.

Die Anforderungen an die Präzision einer Werkzeugmaschine in Bezug auf Formgenauigkeit und Maßtoleranz der bearbeiteten Werkstücke sind bei gleichzeitiger inner größer werdenden statischen und dynamischen Belastungen der Maschinen sprunghaft gestiegen, so daß Normen in kürzester Zeit immer wieder überholt worden sind. Trotz der enorm angestiegenen Leistungen der Werkzeugmaschinen zeigen sich immer wieder weitere Konstruktionsfehler und Sohwaohstellen der Maschinen bsw. ihrer Bauteile, die sich stärker verformen und damit

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das Schwingungsverhalten der Maschine negativ beeinflussen. Es wurden zusätzlich noch technische Details entwickelt und eingesetzt, wie selektive Schwingungstilger, Schwingungsdämpfer, dynamisch bessere Lagerungen, bessere Versteifungen und Verrippung der Maschinenbauteile, um selbsterregte oder erzwungene Schwingungen in der Maschine möglichst zu beseitigen. Die Maßnahmen zur Vermeidung der unerwünschten Schwingungserscheinungen lassen sich in drei Hauptarten wie folgt zusammenfassen:

1. Verwirklichung größtmöglicher statischer und dynamischer Steifheit bereits bei der konstruktiven Konzeption der Werkzeugmaschine;

2. Anbringung sogenannter Schwingungstilger (Selektiv-Tilger) oder Schwingungsdämpfer und

3. Aufstellung der gesamten Maschine auf entsprechend ausgewählte und auf die Maschinenverhältnisse abgestimmte Isolierelemente oder auf Isolierfundamente, die ihrerseits wieder auf Isolierelementen stehen.

Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, die beschriebenen Nachteile zu beseitigen, und zwar mit der Erkenntnis, daß das Schwingungsverhalten von beweglichen und nicht be- . weglichen Bauteilen an Werkzeugmaschinen auch ohne die bisher eingesetzten Mittel verbessert werden kann.

Erfindungsgemäß wird dies durch ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verbesserung des Schwingungs- und Dämpfungsverhaltens von Werkzeugmaschinen, wie Schleif-, Bohr-, Fräsoder sonstigen Maschinen mit Supporten oder anderen beweglichen Bauteilen, erreicht, daß die beweglichen und unbeweglichen Maschinenbauteile durch ein durch maximale Flußdichte konzentriertes Magnetfeld einer berührungslosen magnetischen Anziehung unterliegen. Als Vorrichtung hierzu dienen Magnete, die zu einem Haftzugkraftsystem ausgebildet sind. Sie können wahlweise elektrisch oder mechanisch ein- und ausschaltbar

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sein und in der jeweiligen Maschine im feststehenden Teil, z.B. im Maschinenbett, oder umgekehrt im beweglichen Teil, z.B. im Arbeitstisch, angeordnet werden. Das nicht mit Magneten ausgerüstete Maschinenteil kann eine magnetische Polplatte erhalten, zwischen der und dem Haftzugkraftsystem sich dann in dem sogenannten Arbeitsluftspalt das starke magnetische Kraftfeld befindet, das die berührungslos magnetisch miteinander korrespondierenden Teile anzieht.

Mit Haftzugkraftsystemen lassen sich größte und praktisch homogene Flußdichten erzielen, die nahezu an die wahren Werte der Remanenz heranreichen und entsprechend große Zugkräfte verwirklichen lassen. Die HaftZugkräfte, die durch Einsatz von noch hochwertigeren Magnetstählen bei Einhaltung bestimmter Konstruktionsmerkmale sich um fast das Doppelte erhöhen lassen, steigern die dynamische Steife des Werkzeugtisches bzw. verringern die dynamische Nachgiebigkeit entsprechend, sowie im Gefüge damit auch die statische Steife des Maschinenbettes.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Vorrichtung wiedergegeben. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer zu Versuchszwecken verwendeten Werkzeugmaschine mit Haftzugkraft system;

Fig. 2 eine Seitenansicht dazu;

Fig. 3 eine Draufsicht auf das Maschinenbett;" Fig. k einen Querschnitt durch das Haftzugkraftsystem; Fig. 5 eine Draufsicht dazu;

Fig. 6 einen Querschnitt durch ein HaftZugkraftsystem anderer Ausführungsform;

Fig. 7 eine Draufsicht dazu;

Fig. 8 einen Querschnitt durch ein Haftzugkraftsystem nach einer weiteren abgewandelten Form;

Fig. 9 eine Draufsicht zu Fig. 8 und Fig.10. eine Draufsicht auf die zugehörige Abdeckplatte.

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Die in Pig. 1 dargestellte Versuchsmaschine bestand aus einem wie bei Schleifmaschinen üblichen kastenförmigen Bett 1 mit einer kombinierten Rieht- und Tragführung für den von einem Schneckengetriebe und einer Zahnstange angetriebenen Maschinentisch 2. Die Führung des Tisches 2 kann in bekannter Weise als Gleit- oder Wälzführung mit den Lagern 3,4 ausgebildet sein. Die Magnete, im vorliegenden Beispiel Dauermagnete, sind zu einem Haftzugkraftsystem M ausgebildet, d.h. die Magnete wirken zusammen mit ferromagnetischen Körpern. Sie können entweder elektrisch oder mechanisch ein- und ausschaltbar sein. In der in den Fig. 1 bis 3 dargestellten Schleifmaschine ist das Haftzugkraftsystem M in das Maschinenbett 1 eingebaut. Dagegen ist der Arbeitstisch 2 im Ausdehnungsbereich des Haftzugkraftsystems M und entsprechend seinem Bewegungsspielraum mit einer Polplatte 5 versehen, und da beide Teile M, 5 sich berührungslos gegenüberliegen, schließen sie einen sogenannten Arbeitsluftspalt L ein, in dem das magnetische Kraftfeld des Haftzugkraftsystems M konzentriert ist. Die berührungslos schwingenden Teile, Maschinenbett 1 und Arbeitstisch 2, kommen auf diese Weise unter den Einfluß einer starken magnetischen Anziehung, wobei der Arbeitstisch fest in seine Lagerführungen 3»4 gedrückt und seine dynamische Steife erheblich gesteigert bzw. die dynamische Nachgiebigkeit entsprechend verringert sowie gleichzeitig die statische Steife des Maschinenbetfces 1 durch das Maß der magnetischen Haftzugkraft vergrößert wird.

Je nach der Größe des Haftzugkraftsystemes M, d.h. der Anzahl seiner Einzelsysterae, aus dem es bestehen kann, und je nach der Größe des Arbeitsluftspaltes L, die durch Verstellung der Polplatte 5 möglich ist, lassen sich Haftzugkräfte von ca. 12 bis 25 Mp und mehr erzeugen. So ist man in der Lage, die statische und dynamische Steife je nach Bedarf zu verbessern. Schließlich geht es nach der Aufgabe der Erfindung darum, bei

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Werkzeugmaschinen bewußt auf eine Fundamentierung oder auf zusätzliche mechanische Schwingungsdämpfer verzichten zu können. Weiter darum, dem Arbeitsfluß eine größere Plexiblität in der Aufstellung der Werkzeugmaschinen zu geben, d.h. sie sollen möglichst ohne Verankerung auf Beton- oder Steinholzboden von Betriebshallen aufgestellt und je nach dem Arbeitsablauf versetzt werden können. Die Werkzeugmaschine verliert damit ihren stationären Charakter.

Die beschriebenen Anordnungen für das Haftzugkraftsystem M und die Polplatte 5 können natürlich auch umgekehrt getroffen werden. Das Haftzugkraftsystem M befände sich dann im Arbeitstisch 2 und die Polplatte 5 am Maschinenbett 1.

Das Haftzugkraftsystem M kann, wie gesagt, aus Einzelsystemen bestehen, die in mindestens einer Zeile nebeneinander angeordnet und jeweils für sich, in Gruppen oder gemeinsam, ein- und ausschaltbar sind. Jedes Einzelsystem umfaßt ein Gehäuse mit Boden 6 und Seitenwänden 7 mit dem zentral auf dem Boden 6 aufgesetzten Dauermagneten 8. Er ist von einer Erregerspule E umgeben. Auf seinem freien Pol besitzt er einen Polschuh 9, der mit seiner Fläche in einer planen Ebene zu den oberen Randflächen der Seitenwände 7 liegt. Die Randflächen sind zur Seite des Polschuhes 9 zu einem Bund 10 abgesetzt. Auch der Polschuh 9 besitzt an seinem äußeren Rand einen Bund 11. Zwischen dem Bund 10 und dem Bund 11 befindet sich der Luftspalt 12. Er ist zum Systeminneren mit einer nicht magnetischen Verschlußmasse 13 verschlossen. Bund 10 und Bund 11 bilden die konzentrierten magnetischen Abstrahlflächen des Einzelsystems. Es wird durch die Erregerspule E elektrisch durch Impulsschaltung (z.B. Ignitron) ein- und ausschaltbar. Dieser Vorgang wäre auch mechanisch möglich, ähnlich wie bei permanentmagnetischen Spannplatten. Aus Fig. 5 geht hervor, daß das Einzelsystem eckig ist. Es kann auch eine andere Form, z.B. eine runde, haben.

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Eine andere mögliche Ausführunsform des Haftzugkraftsystems zeigen Fig. 6 und 7. Hier besteht das System aus abwechselnd scheibenförmigen Dauermagneten 1*1 und ferromagnetischen Scheiben 15· Die Scheiben 14,15 haben eine Mittelbohrung. Sie sind durch diese Mittelbohrung mit einer Schraube S untereinander befestigt. Die äußeren ferromagnetischen Scheiben 15 bilden zusammen mit der Bodenplatte 16 ein Gehäuse für den magnetischen Rückschluß des Systems. In den Rückschluß können auch noch weitere Scheiben 15 als nur die außen liegenden einbezogen werden, z.B. die, die in Fig. 6 genau in der Mitte des Systems liegt. Im übrigen sind die ferromagnetischen Scheiben 15 an den den Dauermagneten 14 benachbarten Kanten mit einem bundförmigen Ansatz 17 versehen, wodurch die mag~ netische Abstrahlung erhöht wird.

Schließlich kann das Haftzugkraftsystem M aus einem rechteckigen Gehäuse bestehen (vergl. Fig. 8 bis 10), in dem in mehreren Zeilen nebeneinander auf dem Boden 18 die Dauermagneten 8 durch Schrauben 19 befestigt sind. Gleichfalls werden von den Schrauben 19 auch die auf den Dauermagneten aufliegenden Polschuhe 20 gehalten. Von den Seitenwänden 21 wird eine Abdeckplatte 22 gehalten, vergl. Fig. 10. Sie deckt das Gehäuse nach oben ab und besitzt entsprechend der Anzahl der Magnete 8 Aussparungen 23» die mit einem umlaufenden Bund 26 als magnetische Abstrahlfläche versehen sind. Die Aussparungen 23 sind so groß, daß sie die Magnete 8 bzw. ihre Polschuhe 20 bis auf den erforderlichen Luftspalt 12 umgeben. Das aus dem Boden 18 und den Seitenwänden 21 gebildete Gehäuse ist innerhalb der Seitenwände 21 von Stegen 24 unterteilt. Sie bilden einzelne Kammern 25, in die die Magnete 8 eingesetzt werden. Mit den sie umgebenden Stegen 2k und Seitenwänden bilden sie jeweils ein sogenanntes Topfmagnetsystem.

Es sind natürlich auch noch andere Bauweisen für die Haftzugkraftsysteme M möglich. Entscheidend dabei ist, daß sie an ihr- ν magnetischen Abstrahlfläche ein Magnetfeld von hoher 7clddifhte aufweisen.

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Claims

Patentansprüche

Verfahren und Vorrichtung zur Verbesserung des Schwingungsund Dämpfungsverhaltens an Werkzeugmaschinen, wie Schleif-, Bohr-, Fräs- oder sonstige Maschinen mit Supporten oder
anderen beweglichen Bauteilen, dadurch gekennzeichnet, daß

>die beweglichen und unbeweglichen Maschinenteile durch ein durch maximale Plußdichte konzentriertes Magnetfeld einer
berührungslosen magnetischen Anziehung unterliegen.
2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1,' gekennzeichnet durch Magnete, die zu einem Haftzugkraftsystem (M) ausgebildet sind.
3. Haftzugkraftsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß es elektrisch ein- und ausschaltbar ist.
4. Haftzugkraftsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß es mechanisch ein- und ausschaltbar ist.
5. Haftzugkraftsystem nach den Ansprüchen 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß es im Maschinenbett (1) gegenüber dem
Arbeitstisch (2) angeordnet ist und mit einer am Arbeitstisch (2) vorgesehenen Polplatte (5) korrespondiert.
6. Haftzugkraftsystem nach den Ansprüchen 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß es im Arbeitstisch (2) angeordnet ist und mit einer am Maschinenbett (1) vorgesehenen Polplatte (5)
korrespondiert.
7. Haftzugkraftsystem nach den Ansprüchen 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Arbeitsluftspalt (L) zwischen ihm und der Polplatte (5) verstellbar ist.
8. Haftzugkraftsystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Polplatte (5) an dem jeweiligen Maschinenteil verstellbar ist, an der sie sich befindet.
9. Haftzugkraftsystem nach den Ansprüchen 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß es sich aus Einzelmagnetsystemen zusammensetzt, die in mindestens einer Zeile nebeneinander angeordnet und jeweils für sich, in Gruppen oder gemeinsam ein- und ausschaltbar sind.
10. Haftzugkraftsystem nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Einzelmagnetsystem aus einem Gehäuse mit Boden (6) und Seitenwänden (7) sowie mindestens einem auf dem Boden

(6) aufgesetzten Dauermagneten (8) besteht.
11. Haftzugkraftsystem nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Dauermagnet (8) an seinem freien Ende einen mit den Seitenwänden (7) plan geschliffenen Polschuh (9) aufweist.
12. Haftzugkraftsystem nach den Ansprüchen 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Dauermagnet (8) für seine elektrische Ein- und Ausschaltung mit einer ihn umgebenden Erregerspule (E) umgeben ist.
13· Haftzugkraft system nach den Ansprüchen 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die oberen Randflächen der Seitenwände

(7) und der Polschuh (9) gegenüber dem Luftspalt (12) als bundförmige Ansätze (10,11) ausgebildet sind.

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14. HaftZugkraftsystem nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß es aus abwechselnd scheibenförmigen Dauermagneten (14) und ferromagnetisehen Scheiben (15) besteht, die mit ihrer gemeinsamen Mittelbohrung auf einer Schrauben (S) aufgeschoben und befestigt sind, wobei die äußeren ferromagnetischeη Scheiben (15) und gegebenenfalls dazwischenliegende Scheiben

(15) mit der Bodenplatte (16) verbunden sind.
15. Haftzugkraftsystem nach Anspruch 14_S dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den äußeren ferromagnetisehen Scheiben (15) eine weitere ferromagnetische Scheibe (15) mit der Bodenplatte

(16) verbunden ist.
16. Haftzugkraftsystem nach den Ansprüchen 14 und 15, dadurch gekennzeichnet, daß die ferromagnetisehen Scheiben (15) an den den scheibenförmigen Dauermagneten (14) benachbarten Kanten mit einem bundförmigen Ansatz (17) versehen sind.
17. Haftzugkraftsystem nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch

ein rechteckiges Gehäuse zur Aufnahme von mehreren in mehreren Zeilen nebeneinander angeordneten und mit dem Boden (18) durch Schrauben (19) befestigten Dauermagneten (8), die neben den mit von den Schrauben (19) gehaltenen Polschuhen (20) von einer auf den Seitenwänden (21) des Gehäuses aufliegenden und mit diesen befestigten in der Anzahl der Dauermagnete (8) entsprechende Aussparungen (23) für die Bildung von Luftspalten (12) aufweisenden Abdeckplatte (22) eingefaßt sind.
18. Haftzugkraftsystem nach Anspruch 17» dadurch gekennzeichnet, daß die Abdeckplatte (22) um die Aussparungen (23) einen Bund (26) aufweist.
19. Haftzugkraftsystem nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse von Stegen (24) in Kammern unterteilt wird und in den Kammern (25) die Dauermagnete (8) angeordnet sind.

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20. Haftzugkraftsystem nach Anspruch 19> dadurch gekennzeich net, daß die Stege (2*0 zusätzlich zur Befestigung der Abdeckplatte (22) dienen.

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