Maschine mit Stützelementen

Die Erfindung betrifft eine Maschine.

Weiterhin betriff die Erfindung ein Stützelement zur Lagerung der Maschine.

Die Qualität von Maschinen, wie z.B. Werkzeugmaschinen, Pro¬ duktionsmaschinen 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 Stö- rungen 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 Aufstellele¬ mente auf dem Boden aufgestellt und solchermaßen die Maschi- nen vom Boden entkoppelt.

FIG 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 1, der in Richtung des Doppelpfeils 3 in waagrech— ter Richtung mit Hilfe von Führungen mittels eines Antriebs hin und her bewegbar ist. Auf dem Schlitten 7 ist ein Werk¬ stück 5 montiert. Eine zweite Maschinenachse ist in Form ei- ner 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 ge¬ geben. Die Maschine ist über drei Aufstellelemente 8a, 8b und 8c, welche eine federnde Wirkung haben, auf einen Boden 1 aufgestellt. In FIG 2 ist eine Ansicht des Maschinenbettes 2 sowie der Aufstellelemente 8a, 8b und 8c in einer Ansicht von unten ge¬ zeigt.

Vertikalbewegungen des Bodens 1, die durch einen Pfeil 12 an¬ gedeutet sind, infolge z.B. eines vorbeifahrenden Gabelstap¬ lers werden von den Aufstellelementen 8a, 8b und 8c gegenüber der Maschine insbesondere dem Maschinenbett 2 gut entkoppelt.

Infolge der oft schnellen ruckartigen Bewegungen des Schlit¬ tens 7 wirkt auf das Maschinenbett 2 in horizontaler Richtung eine entgegengesetzt wirkende Kraft, die eine horizontale Be¬ wegung des Maschinenbetts 2, was in FIG 1 durch einen Pfeil 15 angedeutet ist, verursacht. Eine horizontale Bewegung des Schlittens 7 führt infolge zu einer horizontalen Schwingbewe¬ gung 15 des Maschinenbetts 2, die sich negativ auf die Pro¬ duktionsgüte und die mögliche Produktionsgeschwindigkeit aus¬ wirkt. 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 Vertikalstei- figkeit eine sehr geringe Horizontalsteifigkeit. Horizontal¬ bewegungen 12 des Maschinenbetts 2 können sich somit infolge der unzureichenden Horizontalsteifigkeiten der Aufstellele- mente relativ gut ausbilden und begrenzen die dynamische Leistungsfähigkeit der Maschine, da es sich um sehr nie¬ derfrequente 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 Fäl¬ len mit einem sehr großen und schweren Fundament möglichst steif verbunden. Die Aufstellelemente wurden in solchen Fäl¬ len bisher z.B. als Zuganker mit extrem hoher Steifigkeit ausgebildet. Durch das große Gewicht des Fundamentes ist die¬ ses 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 be¬ sitzt 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.

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 dadurch gelöst dass mindestens ein Maschinenbett der Maschine mittels zumin¬ dest eines Stützelementes mit einem Boden verbunden ist, wo¬ bei das Stützelement gegenüber dem Maschinebett und dem Boden drehbar gelagert ist.

Weiterhin wird die Aufgabe gelöst durch ein Stützelement zur Lagerung einer Maschine, wobei das Stützelement Mittel auf¬ weist um mit der Maschine drehbar verbunden zu werden und Mittel um mit dem Boden drehbar verbunden zu werden.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht darin, dass zur Vermeidung von Vertikal- und Horizontalbewegungen des Ma¬ schinebettes kein großes Fundament und/oder spezielle beson¬ ders steife Ausstellungselemente mehr benötigt werden.

Eine erste vorteilhafte Ausbildung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass das Stützelement in Form von Stäben aus- gebildet ist. Eine Ausbildung des Stützelementes in Form ei¬ nes Stabes ist besonders kostengünstig zu realisieren.

Ferner erweist es sich als vorteilhaft, dass das Stützelement und mindestens ein weiteres Stützelement auf gegenüberliegen¬ den Seiten des Maschinenbettes angeordnet sind. Wenn die Stützelemente auf jeweils gegenüberliegenden Seiten des Ma¬ schinenbettes angeordnet sind, wird eine besonders gute Un¬ terdrückung von Horizontalbewegungen der Maschine erzielt.

Weiterhin erweist es sich als vorteilhaft, wenn auf mindes¬ tens einer Seite des Maschinenbetts mindestens zwei Stützele¬ mente zueinander kreuzförmig angeordnet sind. Durch eine kreuzförmige Anordnung der Stützelemente wird eine besonders platzsparende Ausbildung der Erfindung ermöglicht.

In diesem Zusammenhang erweist es sich als vorteilhaft, wenn die kreuzförmige Anordnung der Stützelemente jeweils auf ge¬ genüberliegenden Seiten des Maschinenbetts realisiert ist. Wenn die Stäbe auf jeweils gegenüberliegenden Seiten des Ma¬ schinenbettes angeordnet sind, wird eine besonders gute Un¬ terdrückung von Horizontalbewegungen der Maschine erzielt.

Eine weitere vorteilhafte Ausbildung der Erfindung ist da— durch gekennzeichnet, dass das Stützelement entlang einer Seite des Maschinenbettes angeordnet ist. Hierdurch wird eine platzsparende Ausbildung der Erfindung ermöglicht.

Weiterhin erweist es sich als vorteilhaft, wenn das Stützele- ment innerhalb des Maschinenbettes angeordnet ist. Hierdurch wird eine besonders platzsparende Ausbildung der Erfindung ermöglicht.

Weiterhin erweist es sich als vorteilhaft, dass das Stützele- ment maschinenseitig nahe einer Ecke des Maschinenbettes mit dem Maschinenbett drehbar verbunden ist, 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:

FIG 1 eine Werkzeugmaschine, FIG 2 ein Maschinenbett als Ansicht von unten der Maschine, FIG 3 eine erfindungsgemäße Werkzeugmaschine mit Stützelemen¬ ten gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel, FIG 4 ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung und FIG 5 ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung.

In FIG 3 ist in Form einer perspektivischer Ansicht eine er¬ findungsgemäße Werkzeugmaschine schematisch dargestellt. Die in FIG 3 dargestellte Ausführungsform entspricht im Wesentli¬ chen der hervorstehend gemäß FIG 1 und FIG 2 beschriebenen handelsüblichen Ausführungsform. Die Elemente sind daher in FIG 3 mit dem gleichen Bezugszeichen versehen wie in FIG 1. Die erfindungsgemäße Ausführungsform gemäß FIGL.3 ist eben¬ falls auf federnden Aufstellelementen 8a, 8b und 8c gemäß FIG 1 und FIG 2, die jedoch in FIG 3 nicht explizit dargestellt sind, aufgestellt. Die vier Seiten des Maschinenbettes 2 ge- maß FIG 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 FIG 3 gegenüber der Werkzeugmaschine gemäß FIG 1 besteht darin, dass in der Aus¬ führungsform gemäß FIG 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, IIa, IIb, 11c und Hd drehbar gelagert sind. Die Stützelemente sind in dem Aus¬ führungsbeispiel 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 kosten¬ günstig zu realisieren sind. Alternativ sind als Stützelemen- te 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 Aufstellele- mente praktisch keinen Einfluss, so dass vertikal verlaufende Bewegungen insbesondere Schwingungen des Bodens, von den üb¬ lichen 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 Rich¬ tung des Doppelpfeils 15 werden durch die Stützelemente hin¬ sichtlich 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 erzeug¬ te Erhöhung der niedrigsten Eigenfrequenz der Maschine in ho¬ rizontaler Richtung, gemäß dem Pfeil 15, erlaubt eine deutli¬ che Erhöhung der dynamischen Leistungsfähigkeit der Maschine, da infolge der höheren Eigenfrequenz auch die Regelung der horizontalen Bewegung des Schlittens 7 dynamischer einge¬ stellt 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 Ausführungs¬ beispiel auf zwei gegenüberliegenden Seiten A und C des Ma¬ schinenbetts 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 anzubrin¬ gen. Zusätzlich zu den Stützelementen,- die im Ausführungsbei¬ spiel 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 ei— ner Bewegungsrichtung 17 gemäß FIG 3, die in der waagrechten um 90° versetzt gegenüber der Bewegungsrichtung 15 verläuft, ermöglicht.

In FIG 4 ist eine weitere Ausführungsform der Erfindung dar- gestellt. Diese entspricht im Wesentlichen der vorstehend in FIG 3 beschriebenen Ausführungsform. Gleiche Elemente sind daher in FIG 4 mit den gleichen Bezugszeichen versehen wie in FIG 3. Der Wesentliche Unterschied in der Ausführungsform ge¬ mäß FIG 4 gegenüber der Ausführungsform gemäß FIG 3 besteht darin, dass bei der Ausführungsform gemäß FIG 4 die Stützele¬ mente 9a, 9b, äc, 9d zueinander kreuzförmig angeordnet sind... Da horizontale Schwingungen des Maschinenbettes in waagrech¬ ter Richtung gemäß dem Doppelpfeil 15 zu unterdrücken sind, werden zudem gegenüber FIG 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 FIG 3 nicht mehr von dem Maschinenbett weg verlegt werden, sondern vorzugsweise längs des Maschinenbettes entlang der Seiten B und D verlau¬ fen. Die Stützelemente werden in dem Ausführungsbeispiel pa— rallel zu der betreffenden Seite des Maschinenbetts 2 an dem sie montiert sind, geführt. Alternativ ist es auch denkbar, z.B. die Lagerung IIa und IIb der Stützelemente 9a und 9b weiter entfernt von der Seite B des Maschinenbettes 2 anzu¬ bringen und solchermaßen auch eine in Richtung der Bewegungs-, richtung 17 wirkende Versteifung der Maschine, insbesondere des Maschinenbettes 2 zu erzielen. Die Ausführungsform der Erfindung gemäß FIG 4 hat gegenüber der Ausführungsform der Erfindung gemäß FIG 3 den großen Vorteil eines deutlich redu¬ zierten Platzbedarfes.

In FIG 5 ist eine weitere Ausführungsform der Erfindung dar— gestellt. Diese entspricht im Wesentlichen der vorstehend in FIG 4 beschriebenen Ausführungsform. Gleiche Elemente sind daher in FIG 5 mit den gleichen Bezugszeichen versehen wie in FIG 4. In der Funktion entspricht die Ausführungsform gemäß FIG 5 der Ausführungsform gemäß FIG 3 und FIG 4. Der einzige Wesentliche Unterschied der Ausführungsform gemäß FIG 5 ge¬ genüber der Ausführungsform gemäß FIG 4 besteht darin, dass die Stützelemente 9a, 9h, 9c und 9d innerhalb des Maschinen¬ bettes 2 angeordnet sind. Dies hat den Vorteil einer beson¬ ders platzsparenden Bauweise. Die Stützelemente können dabei z.B. innerhalb einer entsprechenden Aussparung oder Nut im Maschinenbett 2 untergebracht sein.

Selbstverständlich ist es, wie bei der Ausführungsform gemäß FIG 3 und den Ausführungsformen gemäß FIG 4 und FIG 5 auch möglich, dass die kreuzförmige Anordnung auch nur auf einer Seite des Maschinenbetts 2 angeordnet ist oder das im Extrem¬ fall nur ein einzelnes Stützelement z.B. das Stützelement 9a gemäß FIG 4 vorhanden ist und z.B. entlang einer Seite des Maschinenbettes angeordnet ist. Um eine optimale Wirkung zu erzielen ist es jedoch sinnvoll die Stützelemente auf gegenü¬ berliegenden Seiten anzuordnen.

Selbstverständlich ist es auch denkbar, dass auch in der Aus¬ führungsform gemäß FIG 5 nur ein einzelnes Stützelement vor- handen ist.

Weiterhin ist es auch denkbar, dass auf einer Seite des Ma¬ schinebetts mehr wie die in den Ausführungsbeispielen darge¬ stellten zwei Stützelemente pro Seite verwendet werden.

Je mehr Stützelemente verwendet werden um so steifer wird die Anordnung. In den Ausführungsformen gemäß FIG 3, FIG 4 und FIG 5 weist das Maschinenbett mehrere Ecken auf, wobei in jeder Figur der Übersichtlichkeit halber nur eine Ecke 16 mit einem Bezugs¬ zeichen versehen ist. Um eine optimale Wirkung zu erzielen ist es sinnvoll, maschinenseitig die Stützstäbe 3 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 Kom¬ binationen aus der Anordnung der Stützelemente entlang einer Seite des Maschinenbettes 2 gemäß FIG 4 und weg vom Maschi¬ nenbett 2 gerichtet, gemäß FIG 3, möglich.

Die Stützelement weisen dabei Mittel um mit der Maschine drehbar verbunden zu werden und Mittel um mit dem Boden dreh¬ bar verbunden zu werden, auf.

Die Mittel sind dabei in den Ausführungsbeispielen als dreh- bare Lager 10a, 10b, 10c, 10d, IIa, IIb, llc und lld reali¬ siert. Die Lager können z.B., wie in dem Ausführungsbeispie¬ len, nur in Form von einfachen nur in eine Richtung drehbaren Lagern als auch in Form von kardanischen Aufhängungen reali¬ siert sein.

Selbstverständlich kann z.B. im Falle einer großen Maschine, die mehrere Maschinenbette aufweist, nicht nur ein Maschinen— bett sondern mehrere Maschinenbette der Maschine, mittels der erfindungsgemäßen Stützelemente, mit dem Boden verbunden sein.