DE4230103A1 - Verfahren zur herstellung eines schwingungsgedaempften, rahmenfoermigen gebildes und nach diesem verfahren hergestelltes rahmenfoermiges gebilde - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Ver­ fahren zur Herstellung eines schwingungsgedämpften, aus mindestens einem ersten und mindestens einem zweiten Ein­ zelteil aus Metall zusammengebauten rahmenförmigen Gebil­ des, von welchen Einzelteilen mindestens der jeweilige zweite mindestens einen Hohlraum aufweist, sowie ein nach diesem Verfahren hergestelltes, schwingungsgedämpftes, rahmenförmiges Gebilde aus Metall.

Solche rahmenförmigen Gebilde finden sich beispielsweise im Bauwesen, z. B. bei Hochbauten, sie kön­ nen Wagenkasten von Fahrzeugen oder auch Maschinenrahmen, bzw. Maschinengestelle von Werkzeugmaschinen sein.

Derartige rahmenförmige Gebilde müssen eine jeweils notwendige mechanische Festigkeit aufweisen, wo­ bei jedoch ihr Gewicht offensichtlich nicht unbeschränkt groß sein kann und gleichzeitig sollten sie schwingungs­ gedämpft sein, bei Hochbauten beispielsweise gegen Er­ schütterungen aufgrund des Straßenverkehrs, bei Werk­ zeugmaschinen beispielsweise aufgrund der im Betrieb auf­ tretenden Schwingungen.

Ziel der Erfindung ist, ein Verfahren zur Herstellung und ein nach dem Verfahren hergestelltes rah­ menförmiges Gebilde zum Erfüllen der genannten Forderun­ gen zu zeigen.

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 Einzel­ teil vor oder nach dem Einfüllen des schwingungsdämpfen­ den Stoffes mit dem mindestens einen ersten Einzelteil starr verbunden wird.

Besteht ein Maschinengestell aus Gußeisen, bildet es einen einzigen ersten Einzelteil der ausgeführ­ ten Erfindung. Abhängig von der Größe und weiteren, z. B. schwingungserregenden Gegebenheiten sind dann ein oder auch mehrere, mit einem schwingungsdämpfenden Stoff aus­ gerüstete zweite Einzelteile damit verbunden.

Bei geschweißten und/oder verschraubten rah­ menförmigen Gebilden liegen mehrere erste Einzelteile vor, die wieder gemäß der obigen Gegebenheiten mit einem oder mehreren, mit einem schwingungsdämpfenden Stoff aus­ gerüstete zweite Einzelteile starr verbunden sind.

Beim Herstellen eines solchen rahmenförmigen Gebildes wird offensichtlich im Zuge der Herstellung im Herstellungswerk unmittelbar vor oder nach dem Verbinden der Einzelteile der schwingungsdämpfende Stoff in die Hohlräume eingefüllt. Dieser Entscheid hängt mindestens teilweise von den Abmessungen des schlußendlichen Pro­ duktes ab. Es ist jedoch möglich, daß zwischen dem Ver­ binden des ersten Einzelteiles bzw. der ersten Einzel­ teile und dem nachfolgenden Verbinden des zweiten, bzw. der mehreren zweiten, mindestens einen Hohlraum aufwei­ senden Einzelteile eine sehr lange Zeitdauer verstreichen kann, d. h. daß sich das Verfahren auch zum Nachrüsten bereits existierender rahmenförmiger Gebilde anwenden läßt.

Nachfolgend wird der Erfindungsgegenstand an­ hand der Zeichnungen beispielsweise näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 einen Schnitt durch ein Maschinenge­ stell, beispielsweise eine Werkzeugmaschine,

Fig. 2 eine Aufsicht auf das Gestell nach Fig. 1, und

Fig. 3 eine Seitenansicht des Gestells nach Fig. 1.

Als Ausführungsbeispiel der Erfindung ist ein geschweißtes Maschinengestell einer Werkzeugmaschine ge­ wählt.

Das rahmenförmige Maschinengestell weist vier Führungsbahnen 1, 2, 3, 4 für die nicht gezeichneten Schlit­ ten unterschiedlichster Bearbeitungseinheiten der Werk­ zeugmaschine 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 Quer­ träger 6, 7, 8, 9 und 10 sind Hohlprofile. Die Innenräume 11, 12, 13, 14, 15 der Querträger sind mit einem schwingungs­ dämpfenden Stoff gefüllt. Dieser Stoff kann beispielswei­ se eine mindestens beim Einbringen fließfähige Masse sein, kann ein geschäumter Kunststoff sein, kann ein kör­ niger, schüttfähiger Stoff, z. B. Quarzsand sein. Es ist nicht notwendig, daß alle Innenräume des Maschinenge­ stells mit demselben schwingungsdämpfenden Stoff gefüllt sind, so daß Schwingungen möglichst nahe beim Ort ihrer Entstehung durch einen besonders auf jeweilige Schwin­ gungsquellen abgestimmten schwingungsdämpfenden Stoff ge­ dämpft werden. Beispielsweise könnten im gezeichneten Beispiel die Querträger 6, 7, 8 und 10 mit Quarz-Sand, je­ doch der Querträger 9 mit Blei gefüllt sein. Blei wirkt außerordentlich schwingungsdämpfend, jedoch würde die ausschließliche Verwendung von Blei als schwingungsdäm­ pfender Stoff die gesamte Konstruktion zu schwer machen und zu möglichen statischen Festigkeitsproblemen führen.

Die Querträger 6, 7, 8, 9 und 10 sind über Quer­ platten 16, 17, 18, 19 und 20 auf einer Grundplatte 21 abge­ stützt. 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 je­ weils daran anschließenden Bauteilen und der Grundplatte 21 verschweißt sind.

Das Gestell weist weiter kastenförmige Längs­ träger 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 schwin­ gungsdämpfende Bauglieder und andererseits gleichzeitig als statisch tragende Bauglieder dienen.

Eine Abschlußplatte 30 erstreckt sich ent­ lang einer Längsseite des Gestells, welches über ange­ schweißte Plattenglieder bzw. Blöcke 31, 32 und 33 auf einem jeweiligen Boden 34 abgestützt ist.

Die beschriebene Ausführung ist also eine vollständige Schweißkonstruktion, wobei die Schweiß­ stellen die starren Verbindungen zwischen den verschiede­ nen Einzelteilen bilden. Die Einzelteile anderer mögli­ cher Ausführungen sind verschraubt, so daß die Schraub­ verbindungen die starren Verbindunqen bilden und offen­ sichtlich können sowohl Schweiß- als auch Schraubverbin­ dungen gleichzeitig vorliegen. Gleichermaßen sind bei weiteren möglichen Ausführungen Niet- oder Klebverbindun­ gen 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 schwingungsdäm­ pfenden Stoff gefüllt sein muß, sondern nur soviele und diejenige, die für ein wirksames Dämpfen von Schwingungen benötigt sind. Beim Nachrüsten von schon bestehenden Ma­ schinen kommen am ehesten Schraub- und Klebverbindungen in Frage, weil ein Schweißen unerwünschte Spannungen verursachen kann, die durch das Vibrieren aufgehoben wer­ den sollten, wobei jedoch ein Vibrieren einer bestehenden Maschine zum Entspannen der Schweißstellen und angren­ zenden Bereich der jeweiligen Einzelteile gefährlich, weil zerstörend, sein könnte.

Nachfolgend wird nun die Herstellung des rah­ menförmigen Gebildes als Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens beschrieben. Das Ausführungsbeispiel ist somit auf eine Schweißkonstruktion gerichtet, wobei je­ doch andere bekannte starre Verbindungen keinesfalls aus­ geschlossen sind. Auch kann das Maschinengestell als ein­ ziger Teil aus Gußeisen bestehen.

Grundsätzlich kann unter zwei Arten das rah­ menförmige 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 ver­ schweißt. Folglich ergeben sich insbesondere beim Be­ reich der Schweißstellen Spannungen.

Zum Entspannen wird nun das Gebilde auf Gum­ miunterlagen 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 Vibra­ tionsspannung zusammengesetzte insgesamte Spannung die Elastizitätsgrenze des jeweiligen Metalls, es wird plas­ tisch bei den entsprechenden Bereichen, das Kristallgit­ ter kann sich ändern und damit eine vollständige Entspan­ nung 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.

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 Einbrin­ gen dieses Stoffes kann entweder erfolgen, indem das Ge­ bilde hochkant gestellt wird, so daß die Längsrichtung der Hohlräume vertikel oder beinahe vertikal verläuft oder daß der Sand durch vorgebohrte Löcher in die Hohl­ räume 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.

Dieses zweite Vibrieren erfolgt mit einer Frequenz, die tiefer ist als die Frequenz beim Entspan­ nen, beispielsweise beträgt sie nur noch 1/3 derselben. Vorteilhaft ist auch die entsprechende Amplitude kleiner.

Nach dem erfolgten Einfüllen und Verdichten des schwingungsdämpfenden Stoffes werden die dazu ge­ brauchten Öffnungen verschlossen.

Somit liegt ein schwingungsgedämpftes Maschi­ nengestell vor. Es ist ersichtlich, daß die schwingungs­ dämpfenden Bauteile gleichzeitig tragende Bauteile des Maschinengestell sind, so daß keine zusätzlichen Schwin­ gungsdämpfer notwendig sind.

Claims (10)

1. Verfahren zur Herstellung eines schwin­ gungsgedämpften, aus mindestens einem ersten und minde­ stens einem zweiten Einzelteil aus Metall zusammenge­ bauten rahmenförmigen Gebildes, von welchen Einzelteilen mindestens der jeweilige mindestens zweite einen Hohlraum aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der mindestens eine Hohlraum mit einem schwingungsdämpfenden Stoff ge­ füllt wird, wobei während oder nach dem Einfüllen des schwingungsdämpfenden Stoffes der mindestens eine zweite Einzelteil Vibrationen ausgesetzt wird um den schwin­ gungsdämpfenden Stoff zu verdichten, und daß der minde­ stens eine zweite Einzelteil vor oder nach dem Einfüllen des schwingungsdämpfenden Stoffes mit dem mindestens einen ersten Einzelteil starr verbunden wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem mehrere ersten Einzelteile (1-4; 5; 16-20; 21; 30; 31-33; 35-38) und mehrere zweite Einzelteile (6-10; 22-25) mit mindestens einem Hohlraum (11-15; 26-29) vorhanden sind, dadurch ge­ kennzeichnet, daß mindestens einige der ersten Einzel­ teile (1-4; 5; 16-20; 21; 30; 31-33; 35-38) zur starren Verbin­ dung miteinander verschweißt und zum Entspannen vibriert werden, und daß mindestens einige der zweiten Einzelteile (11-15; 26-29) mit mindestens einigen der er­ sten Einzelteilen (1-4; 5; 16-20; 21; 30; 31-33; 35-38) vor oder nach dem Einfüllen des schwingungsdämpfenden Stoffes verschweißt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der schwingungsdämpfende Stoff eine fließfähige Maße oder ein schüttfähiger Stoff ist.

4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz des Vibrierens zum Ent­ spannen höher als die Frequenz des Vibrierens beim Ein­ füllen des schwingungsdämpfenden Stoffes ist.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2-4, dadurch gekennzeichnet, daß die Amplitude des Vibrierens zum Entspannen höher als die Amplitude des Vibrierens beim Einfüllen des schwingungsdämpfenden Stoffes ist.

6. Aus mindestens zwei Einzelteilen zusammen­ gebautes, rahmenförmiges und schwingungsgedämpftes Gebil­ de aus Metall, hergestellt nach dem Verfahren der voran­ gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ein­ zelteile durch jeweils eine starre Verbindung miteinander verbunden sind und mindestens ein Einzelteil (6-10; 26-29) mindestens einen, jeweils einen schwingungsdämpfenden Stoff enthaltenden Hohlraum (11-5; 26-29) aufweist.

7. Gebilde nach Anspruch 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die starre Verbindung eine Verschweißung oder eine Verschraubung ist.

8. Gebilde nach Anspruch 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das rahmenförmige Gebilde bzw. dessen Einzelteile entspannt ist, bzw. sind, und der mindestens eine schwingungsdämpfende Stoff in den jeweiligen Hohl­ räumen (11-15; 26-29) in einem vibrationsverdichteten Zu­ stand vorliegt.

9. Gebilde nach einem der Ansprüche 6-8, da­ durch gekennzeichnet, daß der mindestens eine schwin­ gungsdämpfende Stoff ein schüttfähiger, körniger Stoff, insbesondere Quarzsand ist.

10. Gebilde nach einem der Ansprüche 6-9, da­ durch gekennzeichnet, daß verschiedene Hohlräume mit un­ terschiedlichen schwingungsdämpfenden Stoffen ausgefüllt sind.