DE102013105562B4 - Machine component, vibratory device, system and method for adjusting the natural frequency of an oscillatable device - Google Patents
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Abstract
Maschinenkomponente (3, 3', 3"), insbesondere Werkzeugmaschinenkomponente, für eine schwingfähige Einrichtung, insbesondere für eine Werkzeugmaschine, die wenigstens einen zur Aufnahme einer förderbaren Masse (6) ausgebildeten Hohlraum (7) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Hohlraum (7) einen oder mehrere Masseanschlüsse (9) zum variablen Zuführen und Abführen der förderbaren, zur Veränderung der Eigenfrequenz der schwingfähigen Einrichtung variablen Masse (6) über mindestens eine Massefördereinrichtung (15) umfasst, die dazu ausgebildet ist, Fluid aus einem Massespeicher (5) in den und/oder aus dem wenigstens einen Hohlraum (7) der Maschinenkomponente (3, 3', 3") zu fördern mittels eines Regelsystems zur Füllstandsregelung zum Regeln der Befüllung und Entleerung des wenigstens einen Hohlraums (7) durch Messen der Schwingungsamplitude der schwingfähigen Einrichtung und Vergleichen der Schwingungsamplitude mit einem Grenzwert derart, dass die schwingfähige Einrichtung bei gleichbleibenden Prozessrandbedingungen nicht mehr angeregt wird.Machine component (3, 3 ', 3 "), in particular a machine tool component, for an oscillatable device, in particular for a machine tool, having at least one cavity (7) designed to receive a recoverable mass (6), characterized in that the at least one cavity (7) comprises one or more ground connections (9) for variably feeding and discharging the variable mass (6), which is variable to change the natural frequency of the oscillatable device, via at least one mass conveying device (15), which is designed to supply fluid from a mass memory (5 ) into and / or out of the at least one cavity (7) of the machine component (3, 3 ', 3 ") by means of a level control system for controlling the filling and emptying of the at least one cavity (7) by measuring the amplitude of vibration of the oscillatory device and comparing the oscillation amplitude with a limit such that the schw ingfähigem device is no longer stimulated at constant process boundary conditions.
Description
Die Erfindung betrifft eine Maschinenkomponente für eine schwingfähige Einrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, ein System nach Anspruch 9 sowie ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 17, insbesondere für eine Werkzeugmaschine oder eine Werkzeugmaschinenkomponente.The invention relates to a machine component for a vibratory device according to the preamble of
Die technischen Probleme, die mit schwingfähigen Einrichtungen einhergehen, sind aus dem Stand der Technik hinlänglich bekannt. Derartige schwingfähige Einrichtungen/Systeme, wie beispielsweise Werkzeugmaschinen, werden durch den Betrieb des Systems, das heißt, beispielsweise durch einen Bearbeitungsprozess einer Werkzeugmaschine, zum Schwingen angeregt. Der Zusammenhang zwischen der Eigenfrequenz f der schwingfähigen Einrichtung und seiner Masse m kann dabei vereinfacht durch die folgenden Beziehungen dargestellt werden:
Die Eigenfrequenz f hängt somit von der Steifigkeit c der Anwendung und der Masse m der schwingfähigen Einrichtung bzw. des schwingfähigen Bauteils ab. Eine Erhöhung der Steifigkeit c erhöht folglich die Eigenfrequenz und eine Erhöhung der Masse m verringert die Eigenfrequenz der schwingfähigen Einrichtung.The natural frequency f thus depends on the stiffness c of the application and the mass m of the oscillatable device or of the oscillatable component. An increase in the stiffness c consequently increases the natural frequency and an increase in the mass m reduces the natural frequency of the oscillatable device.
Die Eigenfrequenzen einer Werkzeugmaschine und deren Komponenten können insbesondere bei einem Bearbeitungsmodus mit einem unterbrochenen Schritt, beispielsweise beim Fräsen, resonant angeregt werden. Die resonante Anregung erfolgt, sobald die Bearbeitungsfrequenzen im Bereich der Eigenfrequenzen liegen. Ist die Bearbeitungsfrequenz in der Nähe der Eigenfrequenz, beginnt das schwingfähige System, insbesondere also eine Werkzeugmaschine bzw. deren Komponenten, zu schwingen. Dies kann zu einer hohen Komponentenbelastung und einem damit einhergehenden Verschleiß dieser sowie umgebender Komponenten führen. Darüber hinaus führen resonante Schwingungen des Systems zu einer Formuntreue und einer großen Oberflächenrauigkeit des Werkstücks (z.B. Rattern und Rattermarken). Formuntreue bzw. Oberflächenrauigkeit ist insbesondere bei sichtbaren Teilen, wie Gehäusen, Druckwalzen, Teilen von Werkzeugen und Formen in hohem Maße unerwünscht und bei Teilen, bei denen hohe Maßgenauigkeit gefordert ist, inakzeptabel. Sowohl die Formuntreue als auch die hohe Oberflächenrauigkeit führen zu unbrauchbaren Werkstücken und somit zu Ausschuss, was wiederum hohe Stückkosten nach sich zieht. Das Schwingungsverhalten einer Werkzeugmaschine wird auch durch unterschiedlich schwere Werkstücke und durch die Zerspanung leichter werdende Werkstücke beeinflusst. Insbesondere bei einem hohen Zerspanvolumen wird somit das Schwingungsverhalten der Werkzeugmaschine beeinflusst, da die Masse des schwingfähigen Systems durch das leichter werdende Werkstück reduziert wird (die Masse von Werkstück/Werkstückschlittens sinkt bei gleichbleibender Steifigkeit der Werkzeugmaschine). Neben den leichter werdenden Werkstücken ist das Schwingungsverhalten zusätzlich von den Positionen der Komponenten abhängig: Die Steifigkeit c einer Werkzeugmaschine hängt davon ab, wie lang die Hebelarme zu den Kraftangriffspunkten sind. So ist beispielsweise die Steifigkeit c eines Kugelgewindetriebs direkt von der Länge vom Motor bis zum Schlitten abhängig. Bei einem per Kugelgewindetrieb angetriebenen Schlitten ist damit die Steifigkeit in Vorschubrichtung und folglich sein Schwingungsverhalten positionsabhängig.The natural frequencies of a machine tool and its components can be excited resonantly, in particular in a processing mode with an interrupted step, for example when milling. The resonant excitation occurs as soon as the machining frequencies are in the range of the natural frequencies. If the machining frequency is close to the natural frequency, the oscillatable system, in particular a machine tool or its components, begins to oscillate. This can lead to a high component load and a concomitant wear of these and surrounding components. In addition, resonant vibrations of the system result in shape mismatch and large surface roughness of the workpiece (e.g., chattering and chattering marks). Mold fidelity or surface roughness is particularly undesirable in visible parts, such as housings, pressure rollers, parts of tools and molds, and unacceptable in parts where high dimensional accuracy is required. Both the form-fidelity and the high surface roughness lead to unusable workpieces and thus to rejects, which in turn entails high unit costs. The vibration behavior of a machine tool is also influenced by workpieces of different weights and workpieces which become lighter as a result of the machining. In particular with a high machining volume, the vibration behavior of the machine tool is thus influenced, since the mass of the oscillatable system is reduced by the workpiece becoming lighter (the mass of workpiece / workpiece carriage drops while the rigidity of the machine tool remains the same). In addition to the lighter workpieces, the vibration behavior is additionally dependent on the positions of the components: The rigidity c of a machine tool depends on how long the lever arms are to the force application points. For example, the stiffness c of a ball screw directly depends on the length from the motor to the slide. In a carriage driven by a ball screw, the rigidity in the feed direction and, consequently, its vibration behavior are position-dependent.
Bei der Konstruktion und Entwicklung einer Werkzeugmaschine muss daher deren schwingungstechnische Auslegung in besonderem Maße berücksichtigt werden. Durch wechselnde Werkstücke und damit Werkstückmassen und Bearbeitungsprozesse ist das Auslegungsziel jedoch stets mit großer Unsicherheit verbunden, da weder Bearbeitungsfrequenzen noch Eigenfrequenzen der Maschine vorab eindeutig bestimmt werden können. Ein Prozess für die Entwicklung und Inbetriebnahme einer Werkzeugmaschine läuft üblicherweise so ab, dass zunächst die Werkzeugmaschine konstruiert wird. Anschließend wird die Werkzeugmaschine simuliert und die Konstruktion optimiert. Im Anschluss daran erfolgt der Aufbau der Werkzeugmaschine beim Hersteller und die Werkzeugmaschine wird beim Kunden in Betrieb genommen. Gegebenenfalls wird dann das Schwingungsverhalten der Werkzeugmaschine aufgrund von Kundenanforderungen und der beim Kunden ablaufenden Bearbeitungsprozesse angepasst.When designing and developing a machine tool, therefore, its vibration engineering design must be taken into special account. Due to changing workpieces and thus workpiece masses and machining processes, the design target is always associated with great uncertainty, since neither machining frequencies nor natural frequencies of the machine can be clearly determined in advance. A process for the development and commissioning of a machine tool usually runs so that first the machine tool is constructed. Then the machine tool is simulated and the design optimized. Subsequently, the machine tool is set up at the manufacturer and the machine tool is put into operation at the customer. If appropriate, the vibration behavior of the machine tool is then adapted on the basis of customer requirements and the processing processes taking place at the customer.
In der Vergangenheit wurden vielfältige Versuche unternommen, die Probleme von schwingfähigen Systemen zu vermeiden. Die vorgenannten Probleme treten dabei aber nicht nur wie vorstehend beschrieben bei Werkzeugmaschinen auf, sondern können jegliche Art von schwingfähigem System, insbesondere auch Windräder von Windkraftanlagen oder quasistationäre Motoren, beispielsweise in Lokomotiven, Schiffen, U-Booten und in anderen Aggregaten, betreffen.In the past, many attempts have been made to avoid the problems of vibratory systems. However, the aforementioned problems do not only occur in machine tools as described above, but can also relate to any type of oscillatory system, in particular wind turbines of wind turbines or quasi-stationary motors, for example in locomotives, ships, submarines and in other units.
Eine Möglichkeit, das Schwingungsverhalten einer schwingfähigen Einrichtung anzupassen, ist die Veränderung seiner Masse durch eine geeignete Materialwahl. Die
Zur Vermeidung von resonanten Schwingungen sind aus dem Stand der Technik darüber hinaus Lösungsansätze bekannt, welche die Anpassung des Bearbeitungsprozesses durch eine Reduzierung des Vorschubs und der Spanungstiefe sowie die Variation der Bearbeitungsgeschwindigkeit bzw. -drehzahl betreffen. Das gemeinsame Ziel dieser Ansätze ist es, die Bearbeitungsfrequenz einer Werkzeugmaschine so anzupassen, dass sie nicht im Bereich der Eigenfrequenz der Werkzeugmaschine liegt. So zeigt die
Eine weitere aus dem Stand der Technik bekannte Lösung zur Schwingungsdämpfung von Werkzeugmaschinen ist die schwingungstechnische Anpassung der Maschinen, wobei Hilfsmassendämpfer, Reibungsdämpfer und die Erhöhung der Masse einzelner bewegter Komponenten durch den Austausch kompletter Baugruppen zum Einsatz kommen. So zeigt beispielsweise die
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In der
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Schließlich befasst sich die
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Maschinenkomponente und eine schwingfähige Einrichtung sowie ein entsprechendes Verfahren zu schaffen, welche die automatische Variation der Eigenfrequenz einer schwingfähigen Einrichtung in Abhängigkeit von aktuellen Prozessrandbedingungen derart ermöglichen, dass die Eigenfrequenz nicht in der Nähe der Betriebsfrequenz der schwingfähigen Einrichtung liegt und folglich resonante Schwingungen des Systems vermieden werden.The object of the present invention is therefore to provide a machine component and an oscillatable device and a corresponding method, which enable the automatic variation of the natural frequency of an oscillatable device in dependence on current process boundary conditions such that the natural frequency is not close to the operating frequency of the oscillatory Device is located and consequently resonant vibrations of the system are avoided.
Zur Lösung der oben genannten Aufgabe wird eine Maschinenkomponente mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgeschlagen. Bei der Maschinenkomponente handelt es sich insbesondere um eine Werkzeugmaschinenkomponente für eine schwingfähige Einrichtung, die beispielsweise als Werkzeugmaschine ausgebildet sein kann. Die Maschinenkomponente weist wenigstens einen Hohlraum auf, der zur Aufnahme einer förderbaren variablen Masse ausgebildet ist.To solve the above object, a machine component with the features of
Zum Befüllen und zum Entleeren des wenigstens einen Hohlraums, oder mit anderen Worten, zum Zuführen und Abführen der förderbaren variablen Masse, sind ein oder mehrere Masseanschlüsse vorgesehen, die in den wenigstens einen Hohlraum münden. Außerdem kann vorgesehen sein, dass mehrere kammerartige Hohlräume miteinander in Fluidverbindung stehen, so dass sich ein in einen Hohlraum eingefülltes Massematerial gleichmäßig auf die anderen Hohlräume verteilen kann.For filling and emptying of the at least one cavity, or in other words, for supplying and discharging the variable mass that can be conveyed, one or more ground connections are provided, which open into the at least one cavity. In addition, it can be provided that a plurality of chamber-like cavities are in fluid communication with one another, so that a mass material filled into a cavity can be distributed uniformly over the other cavities.
Ein wesentlicher Punkt der Erfindung liegt somit darin, dass eine förderbare variable Masse, d.h. ein „Massematerial“, je nach Bedarf in eine Maschinenkomponente einführbar und aus dieser wieder herausführbar ist. Konkrete bedeutet dies, dass in Abhängigkeit von den Prozessrandbedingungen die Masse der schwingfähigen Einrichtung zur Variierung der Eigenfrequenz verändert werden kann. Die Erfindung ermöglicht damit die dynamische und automatische Anpassung der Eigenfrequenz einer schwingfähigen Einrichtung, wie beispielsweise einer Werkzeugmaschine, in Abhängigkeit der vorliegenden Bearbeitungs-/Betriebsfrequenzen, die aus dem Betrieb der schwingfähigen Einrichtung, beispielsweise während der Bearbeitung eines Werkstücks resultieren. Ein geeigneter Regelkreis mit Sensoren und Aktoren kann dabei für die automatisierte Zufuhr und Abfuhr der förderbaren variablen Masse zu der Maschinenkomponente sorgen. Die Anpassung der Eigenfrequenz erfolgt dabei durch die variable Masse, welche zur Verstimmung in die Komponenten der schwingfähigen Einrichtung addiert bzw. subtrahiert wird. Durch die Addition bzw. Subtraktion von Masse m wird bei gleichbleibender Steifigkeit c die Eigenfrequenz f verschoben (s. Gleichungen (1) und (2)). Generell kann die Eigenfrequenz also in beide Richtungen verändert werden. Ist eine Füllung des wenigstens einen Hohlraums vorgesehen, so kann durch ein Abpumpen die Eigenfrequenz erhöht werden.An essential point of the invention is therefore that a variable mass that can be conveyed, i. a "mass material", as needed in a machine component insertable and can be removed from this again. In concrete terms, this means that the mass of the oscillatable device for varying the natural frequency can be changed as a function of the process boundary conditions. The invention thus enables the dynamic and automatic adjustment of the natural frequency of a vibratory device, such as a machine tool, depending on the present machining / operating frequencies, resulting from the operation of the oscillatory device, for example, during the machining of a workpiece. A suitable control loop with sensors and actuators can thereby ensure the automated supply and removal of the variable mass that can be conveyed to the machine component. The adaptation of the natural frequency is carried out by the variable mass, which is added or subtracted for detuning into the components of the oscillatory device. By adding or subtracting mass m, the natural frequency f is shifted with constant stiffness c (see equations (1) and (2)). In general, the natural frequency can thus be changed in both directions. If a filling of the at least one cavity is provided, the natural frequency can be increased by pumping off.
Zur Füllstandsregelung der variablen Masse weist das erfindungsgemäße System, welches aus mindestens einem Hohlraum besteht, ferner vorzugsweise ein Regelsystem auf, welches zum automatischen Regeln der Befüllung und Entleerung des wenigstens einen Hohlraums dient. Das Regelsystem weist vorzugsweise eine Fülleinrichtung, insbesondere ein oder mehrere Aktoren, wie beispielsweise Ventile oder dergleichen, und Sensoren auf. Mit Hilfe der Aktoren und Sensoren können zum einen der Füllstand des wenigstens einen Hohlraums erfasst und andererseits entsprechende Maßnahmen zum Befüllen oder Entleeren des Hohlraums vorgenommen werden. Weiterhin ist es möglich, mit Hilfe von Sensoren die Schwingungsamplitude der schwingfähigen Einrichtung zu erfassen und im Falle einer hohen Schwingungsamplitude, d.h. im Resonanzfall, die Zufuhr oder Abfuhr von Massematerial in/aus dem wenigstens einen Hohlraum zu bewirken. Die Zu- oder Abfuhr von Massematerial erfolgt dabei so lange, bis die Schwingungsamplitude sich wieder in einem akzeptablen Bereich befindet. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Aktoren und Sensoren in die Maschinenkomponente integriert sind. Das Regelsystem kann im Übrigen Teil der in die Maschinenkomponente bzw. in die schwingfähige Einrichtung integrierten Steuerung bzw. Regelung sein. Das Regelungssystem ist vorzugsweise dazu ausgebildet, die Befüllung und Entleerung des wenigstens einen Hohlraums in der mindestens einen Maschinenkomponente mit einer förderbaren variablen Masse so zu regeln, dass die Eigenfrequenz der schwingfähigen Einrichtung derart verschoben wird, dass sie bei gleichbleibenden Prozessrandbedingungen nicht mehr angeregt wird. Bei veränderten Prozessrandbedingungen ist ggf. ein erneuter Regelungsprozess durchzuführen, der wiederum die Zu- oder Abfuhr von Massematerial in/aus dem wenigstens einen Hohlraum erfordert.For level control of the variable mass, the system according to the invention, which consists of at least one cavity, further preferably a control system, which is used for automatically controlling the filling and emptying of the at least one cavity. The control system preferably has a filling device, in particular one or more actuators, such as valves or the like, and sensors. By means of the actuators and sensors, the fill level of the at least one cavity can be detected on the one hand, and corresponding measures for filling or emptying the cavity can be made on the other hand. Furthermore, it is possible with the aid of sensors to detect the oscillation amplitude of the oscillatable device and in the case of a high oscillation amplitude, i. in the case of resonance, to effect the supply or removal of mass material into / from the at least one cavity. The supply or removal of mass material takes place until the oscillation amplitude is again in an acceptable range. It is particularly advantageous if the actuators and sensors are integrated in the machine component. Incidentally, the control system may be part of the control integrated in the machine component or in the oscillatable device. The control system is preferably designed to regulate the filling and emptying of the at least one cavity in the at least one machine component with a variable mass that can be conveyed in such a way that the natural frequency of the oscillatable device is shifted in such a way that it is no longer excited under the same process boundary conditions. If the process boundary conditions change, it may be necessary to carry out a renewed control process, which in turn requires the supply or removal of mass material into / from the at least one cavity.
Bei einer Maschinenkomponente gemäß der vorliegenden Erfindung kann es sich nicht nur um eine Werkzeugmaschinenkomponente einer Werkzeugmaschine handeln. Denkbar ist es auch, dass es sich bei der Maschinenkomponente um Teile, insbesondere um ein Rotorblatt, einer Windkraftanlage oder um Teile eines quasistationären Motors handelt, wie sie beispielsweise in Lokomotiven, Schiffen, U-Booten oder sonstigen Aggregaten zum Einsatz kommen. Grundsätzlich lässt sich die Erfindung auf jegliche schwingfähige Einrichtung übertragen.A machine component according to the present invention may not only be a machine tool component of a machine tool. It is also conceivable that the machine component is parts, in particular a rotor blade, a wind turbine or parts of a quasi-stationary engine, as used for example in locomotives, ships, submarines or other units. In principle, the invention can be applied to any oscillatable device.
Als bevorzugtes Anwendungsbeispiel wird die Erfindung vorliegend anhand einer Werkzeugmaschinenkomponente als Teil einer Werkzeugmaschine beschrieben. Es sei an dieser Stelle hervorgehoben, dass unter einer „förderbaren variablen Masse“ insbesondere eine Masse verstanden wird, die aus einem geeigneten Speicher mit Hilfe einer Fördereinrichtung über entsprechende Leitungen in den wenigstens einen Hohlraum förderbar und insbesondere „pumpbar“ ist. Es werden darunter somit insbesondere keine Gewichte oder Zusatzmassen verstanden, die fest installiert sind oder manuell an die Maschinenkomponente angebracht werden können. Entscheidend ist, dass sich das Massematerial gemäß der vorliegenden Erfindung vollautomatisch mittels entsprechender Fördereinrichtungen befördern lässt. As a preferred application example, the present invention will be described with reference to a machine tool component as part of a machine tool. It should be emphasized at this point that a "variable mass that can be conveyed" is understood, in particular, to mean a mass which can be conveyed from a suitable reservoir by means of a conveying device via corresponding lines into the at least one cavity and is in particular "pumpable". It is thus understood in particular no weights or additional masses that are permanently installed or can be manually attached to the machine component. It is crucial that the mass material according to the present invention can be transported fully automatically by means of appropriate conveyors.
Bei der förderbaren variablen Masse kann es sich um ein Fluid, also beispielsweise um Wasser, Öl oder Gel, handeln. Als variable Masse könnten jedoch auch förderbare Partikel, wie Sand oder Staub, eingesetzt werden. Weiterhin ist es denkbar, eine elektro- oder magnetorheologische Flüssigkeit als förderbare variable Masse zu verwenden. In diesem Fall lässt sich die Flüssigkeit durch eine angelegte Spannung in vorteilhafter Weise verfestigen, um ein „Schwappen“ der Flüssigkeit in dem Hohlraum zu vermeiden. Der Hohlraum ist vorzugsweise in die Maschinenkomponente integriert. Denkbar ist es grundsätzlich jedoch auch, den Hohlraum in Form eines zusätzlichen Masseaufnahmeraums bzw. Massespeicherelement mit dem Maschinenelement zu verbinden.The variable mass that can be conveyed may be a fluid, for example water, oil or gel. However, variable masses could also be used for transportable particles, such as sand or dust. Furthermore, it is conceivable to use an electrorheological or magnetorheological fluid as a variable mass that can be conveyed. In this case, the liquid can be solidified by an applied voltage in an advantageous manner to avoid "sloshing" of the liquid in the cavity. The cavity is preferably integrated in the machine component. However, it is also conceivable in principle to connect the cavity in the form of an additional mass-receiving space or mass storage element with the machine element.
Besonders bevorzugt wird eine Maschinenkomponente, die mehrere, insbesondere aneinander grenzende, kammer- oder wabenartige Hohlräume ausweist. Durch die Kammer- oder Wabenbauweise lassen sich in besonders einfacher Art und Weise die mit der förderbaren variablen Masse zu füllenden Hohlräume, beispielsweise mittels Hohlprofilen, erzeugen. Dies gilt insbesondere dann, wenn die Maschinenkomponenten aus einem Leichtbaumaterial, insbesondere aus einem faserverstärkten Kunststoff, wie glasfaser- oder kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff, hergestellt werden. Denkbar ist hingegen auch die Ausbildung der Maschinenkomponente aus einem Leichtmetall. Durch die leichtere Ausbildung der Maschinenkomponente wird die Eigenfrequenz der schwingfähigen Einrichtung also zunächst nach oben verschoben, während das Befüllen des wenigstens einen Hohlraums mit der förderbaren variablen Masse die Eigenfrequenz aufgrund der obigen Gleichung (1) wieder reduziert. Je nach Füllgrad des Hohlraums ist auf diese Weise eine dynamische Anpassung der Eigenfrequenz der Maschinenkomponente möglich, welche durch die Variierung der Masse der Maschinenkomponente erzeugt wird. Durch die variable Masse, welche gezielt in einer gewünschten Menge in den Hohlraum förderbar ist, lässt sich nicht nur die Eigenfrequenz verändern, sondern gleichzeitig wird die Dämpfung der Schwingungsamplitude der schwingfähigen Einrichtung bewirkt. Die Menge der in den Hohlraum geförderten Masse muss hierzu derart angepasst werden, dass die Eigenfrequenz der Maschinenkomponente nicht mehr in Resonanz ist mit der jeweiligen Betriebsfrequenz. Grundsätzlich ist es auch denkbar, die Maschinenkomponente aus mehreren unterschiedlichen Materialien in Form eines „Multimaterialdesigns“ auszubilden.Particularly preferred is a machine component which identifies several, in particular adjacent, chamber or honeycomb-like cavities. By the chamber or honeycomb construction can be in a particularly simple manner with the variable mass to be filled cavities, for example by means of hollow profiles produce. This is especially true when the machine components are made of a lightweight material, in particular of a fiber-reinforced plastic, such as glass fiber or carbon fiber reinforced plastic. Conversely, the design of the machine component made of a light metal is also conceivable. Due to the lighter design of the machine component, the natural frequency of the oscillatable device is thus initially shifted upward, while the filling of the at least one cavity with the variable mass that can be conveyed again reduces the natural frequency on the basis of equation (1) above. Depending on the degree of filling of the cavity, a dynamic adaptation of the natural frequency of the machine component is possible in this way, which is produced by the variation of the mass of the machine component. Due to the variable mass, which is selectively conveyed in a desired amount in the cavity, not only the natural frequency can be changed, but at the same time the damping of the oscillation amplitude of the oscillatory device is effected. The amount of mass conveyed into the cavity must be adapted for this purpose in such a way that the natural frequency of the machine component is no longer in resonance with the respective operating frequency. In principle, it is also conceivable to design the machine component from a plurality of different materials in the form of a "multi-material design".
Alternativ können mehrere Kammern bzw. Hohlräume getrennt von einander sein, d.h. nicht miteinander in Fluidverbindung stehen. In diesem Fall ist jedem Hohlraum mindestens ein Masseanschluss zugeordnet. Vorzugsweise wird über diesen einen Masseanschluss die förderbare Masse in den wenigstens einen Hohlraum eingebracht und aus diesem wieder herausbefördert. Denkbar ist es jedoch auch, dass jeweils ein Masseanschluss zur Zufuhr der variablen förderbaren Masse und ein weiterer Masseanschluss zur Abfuhr der Masse aus dem Hohlraum vorgesehen sind.Alternatively, multiple chambers or cavities may be separate from each other, i. not in fluid communication with each other. In this case, each cavity is assigned at least one ground terminal. Preferably, the feedable mass is introduced into the at least one cavity via this one ground connection and transported out of this again. However, it is also conceivable that in each case a ground connection for supplying the variable conveyable mass and a further ground connection for removing the mass from the cavity are provided.
Bei der Maschinenkomponente kann es sich, wie oben angedeutet wurde, um eine bewegliche oder unbewegliche Komponente einer Werkzeugmaschine handeln. Beispielsweise kann es sich um einen Werkzeugschlitten, einen Spindelkasten, Spindelaufnahme, Spindelschlitten, Gestell, Bett, Ständer oder um eine Spannvorrichtung handeln. Je nach Anwendungsgebiet und unterschiedlicher schwingfähiger Einrichtungen können die Maschinenkomponenten entsprechend variieren.As indicated above, the machine component may be a movable or immovable component of a machine tool. For example, it can be a tool carriage, a headstock, spindle receptacle, spindle slide, frame, bed, stand or a clamping device. Depending on the field of application and different vibratory devices, the machine components may vary accordingly.
Bei der Werkzeugmaschine kann es sich beispielsweise um sog. spangebende Bearbeitungsmaschinen, wie Fräsmaschinen, Drehmaschinen, Bohrmaschinen, Schleifmaschinen, Hohnmaschinen, Holzbearbeitungsmaschinen handeln, die auch Teil eines Bearbeitungszentrums oder einer Fertigungsstraße sein können. Eine Werkzeugmaschine nach dem Gegenstand der Erfindung sollte mindestens eine Maschinenkomponente aufweisen.The machine tool can be, for example, so-called. Cutting machine tools, such as milling machines, lathes, drills, grinding machines, Hohnmaschinen, woodworking machines, which can also be part of a machining center or a production line. A machine tool according to the subject matter of the invention should have at least one machine component.
Wie oben bereits angedeutet wurde, kann die schwingfähige Einrichtung grundsätzlich jedoch auch anderen Einsatzgebieten zugeordnet sein. So kann es sich beispielsweise um eine Windkraftanlage oder dergleichen schwingfähige Einrichtung handeln.As already indicated above, however, the oscillatable device can in principle also be assigned to other fields of use. For example, it may be a wind turbine or the like capable of oscillating.
Zur Lösung der oben genannten Aufgabe wird weiterhin ein System mit einer Maschinenkomponente für eine schwingfähigen Einrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 9 vorgeschlagen. Das System umfasst mindestens einen Massespeicher, der über mindestens eine Fluidleitung mit dem wenigstens einen Hohlraum der Maschinenkomponente verbunden ist. Bei dem in dem mindestens einen Massespeicher gespeicherten förderbaren variablen Massematerial kann es sich um ein Fluid, wie Wasser, Öl oder ein elektro-/magnetorheologisches Fluid handeln. Andererseits kann der Massespeicher auch Partikel, wie Sand, Staub oder dergleichen förderbare Massepartikel umfassen. Zur Förderung der variablen Masse ist mindestens eine Massefördereinrichtung vorgesehen, bei der es sich beispielsweise um eine Fluidfördereinrichtung, wie eine Pumpe oder dergleichen, handeln kann. Denkbar ist es jedoch auch, die variable Masse mittels Pressluft, einer Vakuumeinrichtung und/oder einer Membraneinrichtung zu fördern, um den wenigstens einen Hohlraum mit der variablen Masse zu befüllen oder diese daraus zu entfernen. Bei der Membraneinrichtung kann es sich beispielsweise um eine Art Ballon handeln, welcher im Inneren des Hohlraums angeordnet ist und die förderbare variable Masse aufnehmen kann.To achieve the above object, a system with a machine component for a vibratory device with the features of
Weiterhin kann vorgesehen sein, dass mindestens zwei Massespeicher vorgesehen und insbesondere fest installiert sind, von denen jeder eine unterschiedliche Masse, insbesondere Fluide wie Wasser und Öl, zur Realisierung einer Multifluidbefüllung des wenigstens einen Hohlraums enthält.Furthermore, it can be provided that at least two mass storage devices are provided and in particular permanently installed, each of which contains a different mass, in particular fluids such as water and oil, for realizing a multi-fluid filling of the at least one cavity.
Zur Lösung der oben genannten Aufgabe wird ferner ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 17 vorgeschlagen. Das Verfahren dient zur Anpassung der Eigenfrequenz einer schwingfähigen Einrichtung, insbesondere einer Werkzeugmaschine, und zeichnet sich durch das Befüllen mindestens eines Hohlraums einer Maschinenkomponente mit einer förderbaren variablen Masse zur Veränderung der Eigenfrequenz der schwingfähigen Einrichtung derart, dass sie bei gleichbleibenden Prozessrandbedingungen der schwingfähigen Einrichtung nicht mehr angeregt wird. Vor dem Befüllen erfolgt vorzugsweise das Messen der Schwingungsamplitude der schwingfähigen Einrichtung und ein Vergleichen dieser Schwingungsamplitude mit einem Grenzwert. Sofern der Grenzwert überschritten wird, erfolgt dann vorzugsweise die Variation der Menge an variabler förderbarer Masse in dem wenigstens einen Hohlraum. Vorzugsweise wird in diesem Fall so viel förderbare Masse zugeführt, bis die Eigenfrequenz der schwingfähigen Einrichtung nicht mehr im Bereich der Betriebsfrequenz, sondern unterhalb derselben liegt. Die Grenzwerte können insbesondere aus einer in die schwingfähige Einrichtung integrierten oder auch aus einer externen Datenbank bzw. Cloud erhalten werden. Diese umfasst vorzugsweise verschiedene Grenzwerte für verschiedene schwingfähige Einrichtungen, insbesondere Werkzeugmaschinen verschiedener Hersteller, und/oder für verschiedene Prozessrandbedingungen derselben.To achieve the above object, a method with the features of claim 17 is also proposed. The method is used to adapt the natural frequency of a vibratory device, in particular a machine tool, and is characterized by the filling of at least one cavity of a machine component with a variable mass to be conveyed to change the natural frequency of the oscillatory device such that they no longer at constant process boundary conditions of the oscillatory device is stimulated. Before filling, it is preferable to measure the oscillation amplitude of the oscillatable device and to compare this oscillation amplitude with a limit value. If the limit is exceeded, then preferably the variation of the amount of variable recoverable mass in the at least one cavity. Preferably, in this case, so much recoverable mass is supplied until the natural frequency of the oscillatable device is no longer in the range of the operating frequency, but below it. The limit values can in particular be obtained from an integrated into the oscillatable device or even from an external database or cloud. This preferably comprises different limit values for different oscillatable devices, in particular machine tools of different manufacturers, and / or for different process boundary conditions of the same.
Grundsätzlich es auch denkbar, eine Befüllung und/oder Entleerung des Hohlraums bzw. der Hohlräume vor Bearbeitungsbeginn (statisch) durch Simulation der Maschine und/oder mittels der Datenbank bzw. der Cloud vorzunehmen. Weiterhin kann eine Regelung der Füllstände durch die Analyse eines NC-Programms in der Maschinensteuerung, insbesondere durch eine vorausschauende Berechnung und Befüllung/Entleerung, durchgeführt werden. Eine Simulation des Bearbeitungsprozesses kann dabei in und außerhalb der Maschinensteuerung stattfinden. Entsprechende Erweiterungen des NC-Programms können zur Durchführung entsprechender Funktionen vorgesehen sein. Außerdem kann eine Regelung der Füllstände während des Prozesses mittels geeigneter Sensoren vorgenommen werden, die eine sogenannte „Rattererkennung“ ermöglichen.In principle, it is also conceivable to perform a filling and / or emptying of the cavity or cavities before the start of processing (static) by simulation of the machine and / or by means of the database or the cloud. Furthermore, a control of the levels by the analysis of an NC program in the machine control, in particular by a predictive calculation and filling / emptying, be performed. A simulation of the machining process can take place in and outside the machine control. Corresponding extensions of the NC program can be provided for performing corresponding functions. In addition, a control of the levels during the process by means of suitable sensors can be made, which allow a so-called "chatter detection".
Durch die vorliegende Erfindung lässt sich also insgesamt eine vollautomatisierte dynamische Einstellung der Eigenfrequenz einer schwingfähigen Einrichtung bei gleichbleibender Steifigkeit für beliebige Prozessrandbedingungen realisieren. Die Erfindung ermöglicht dabei eine aktive Verstimmung des Schwingungsverhaltens der schwingfähigen Einrichtung durch eine aktive, schnelle Addition und Subtraktion von Masse durch ein förderbares Fluid oder dergleichen Masse. Weiterhin entfallen aufwändige schwingungstechnische Anpassungen durch signifikante konstruktive Einflüsse in die Maschinenstruktur. Vor allem aber kann eine konstante variable Anpassung des Schwingungsverhaltens der schwingfähigen Einrichtung, wie einer Werkzeugmaschine, auf wechselnde Prozesse, Werkstücke und Werkstückmassen sowie Positionen der Komponenten stattfinden.The present invention thus makes it possible to realize a fully automated dynamic adjustment of the natural frequency of an oscillatable device with constant rigidity for any process boundary conditions. In this case, the invention makes possible an active detuning of the vibration behavior of the oscillatable device by means of an active, rapid addition and subtraction of mass by a conveyable fluid or similar mass. Furthermore, costly vibration technology adjustments due to significant structural influences in the machine structure are eliminated. Above all, however, a constant variable adaptation of the vibration behavior of the oscillatable device, such as a machine tool, to changing processes, workpieces and workpiece masses and positions of the components can take place.
Durch die vorliegende Erfindung werden darüber hinaus nicht nur die Symptome bekämpft, sondern es erfolgt eine aktive und variable Adressierung des einleitend beschriebenen Problems durch die gezielte Verstimmung der Eigenfrequenz der schwingfähigen Einrichtung. Außerdem wird eine Erhöhung der Zerspanleistung im Bereich der Werkzeugmaschinen sowie eine Erhöhung der Bauteilqualität erreicht, was wiederum zu höherer Genauigkeit und Oberflächengüte führt. Die Erfindung ist darüber hinaus mit einem geringen finanziellen und zeitlichen Aufwand durch die schnelle Inbetriebnahme verbunden. Vor allem aber kann eine konstante variable Anpassung des Schwingungsverhaltens der schwingfähigen Einrichtung, wie einer Werkzeugmaschine, auf wechselnde Prozesse und Werkstücke sowie Werkstückmassen stattfinden.Moreover, the present invention not only combats the symptoms, but also actively and variably addresses the problem described in the introduction by deliberately detuning the natural frequency of the oscillatable device. In addition, an increase in the cutting power in the field of machine tools and an increase in component quality is achieved, which in turn leads to higher accuracy and surface quality. The invention is also associated with a small financial and time required by the rapid commissioning. Above all, however, a constant variable adaptation of the vibration behavior of the oscillatable device, such as a machine tool, to changing processes and workpieces as well as workpiece masses can take place.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.Further features of the invention will become apparent from the dependent claims.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
-
1 ein schematisches Schaubild der Variation der Schwingungsamplitude beim Einsatz von verschiedenen Materialien einer Maschinenkomponente; -
2 ein System zur Anpassung der Eigenfrequenz einer Werkzeugmaschine gemäß einer Ausführungsform der Erfindung; -
3 eine schematische Darstellung einer Werkzeugmaschine mit typischen schwingfähigen Maschinenkomponenten; -
4 eine perspektivische Darstellung einer beispielhaften Maschinenkomponente gemäß der Erfindung, und -
5 eine perspektivische Darstellung einer weiteren beispielhaften Maschinenkomponente gemäß der vorliegenden Erfindung.
-
1 a schematic diagram of the variation of the vibration amplitude when using different materials of a machine component; -
2 a system for adjusting the natural frequency of a machine tool according to an embodiment of the invention; -
3 a schematic representation of a machine tool with typical oscillatory machine components; -
4 a perspective view of an exemplary machine component according to the invention, and -
5 a perspective view of another exemplary machine component according to the present invention.
Die
Der Werkzeugschlitten ist vorzugsweise aus einem kohlenstofffaserverstärkten Material hergestellt und kann beispielsweise mehrere miteinander verbundene Hohlprofile aufweisen. Um die Hohlprofile fluiddicht bzw. massedicht abzuschließen, ist eine in der
Die Maschinenkomponente verfügt über einen oder mehrere Masseanschlüsse
Denkbar ist auch, dass die Massefördereinrichtung
Je nach Art der zu fördernden variablen Masse
Im Betrieb des Werkzeugschlittens wird dieser mit einer bestimmten Geschwindigkeit entlang des Führungssystems
Mit der vorliegenden Erfindung kann, beispielsweise unter Zuhilfenahme eines entsprechenden Regelsystems, die Schwingungsamplitude der schwingfähigen Einrichtung erfasst werden. Hierzu verfügt das Regelsystem vorzugsweise über entsprechende Sensoren, die die Schwingungsamplitude erfassen können. Die Schwingungsamplitude kann dann mit einem vorgegebenen Grenzwert verglichen werden, der beispielsweise in einer in die schwingfähige Einrichtung integrierte oder in einer externen Datenbank oder Cloud gespeichert ist. Sofern die Schwingungsamplitude der schwingfähigen Einrichtung diesen Grenzwert übersteigt, resultiert ein Verschleiß der Komponenten und das Regelsystem bewirkt mit Hilfe eines geeigneten Steueralgorithmus das Befüllen der Hohlräume 7 der Maschinenkomponente
Wie oben angedeutet, können entsprechende Grenzwerte der Schwingungsamplitude beispielsweise für verschiedene schwingfähige Einrichtungen, insbesondere für verschiedene Werkzeugmaschinen, in einer Datenbank abgelegt sein. Diese Datenbank kann in die schwingfähige Einrichtung fest integriert sein und dort insbesondere in einem Speicher abgelegt sein. Denkbar ist es jedoch auch, dass die Grenzwerte in einer globalen Datenbank abgelegt sind, auf welche ein Benutzer der schwingfähigen Einrichtung zugreifen kann. Die Datenbank kann von Herstellern verschiedener schwingfähiger Einrichtungen gepflegt werden. Die Grenzwerte sind dabei vorzugsweise nicht nur für verschiedene schwingfähige Einrichtungen und insbesondere Werkzeugmaschinen hinterlegt, sondern vorzugsweise sind für verschiedene Bearbeitungsprozesse und Betriebsparameter der schwingfähigen Einrichtung unterschiedliche Grenzwerte hinterlegt, die von dem erfindungsgemäßen Regelsystem verwendet werden können. Beispielsweise können verschiedene Grenzwerte für verschiedene Werkzeuge, Werkstücke, Stückzahlen, Spantiefen, etc. vorgesehen sein. Denkbar ist es auch, dass das Regelsystem gemäß der vorliegenden Erfindung die notwenige zu- oder abführbare Masse mit Hilfe eines Steuer-/Regelalgorithmus berechnet, der hierzu die eingestellten Betriebsparameter, beispielsweise Vorschub, Spantiefe, Drehzahl, Masse und Aufbau, etc., der schwingfähigen Einrichtung in Betracht zieht. Das System könnte weiterhin so ausgebildet sein, dass es von Prozessen lernt und den Steueralgorithmus nach jedem Prozessdurchlauf entsprechend anpasst. Das System ist dann im Wesentlichen unabhängig von einer externen Datenbank oder Angaben des Herstellers über Grenzwerte.As indicated above, corresponding limit values of the oscillation amplitude, for example for different oscillatable devices, in particular for different machine tools, can be stored in a database. This database can be permanently integrated into the oscillatable device and stored there, in particular in a memory. However, it is also conceivable that the limit values are stored in a global database, which can be accessed by a user of the oscillatable device. The database can be maintained by manufacturers of various vibratory facilities. The limit values are preferably not only stored for various oscillatable devices and in particular machine tools, but preferably different limit values are stored for different machining processes and operating parameters of the oscillatable device, which can be used by the control system according to the invention. For example, various limit values for different tools, workpieces, quantities, cutting depths, etc. may be provided. It is also conceivable that the control system according to the present invention calculates the necessary inflatable or dischargeable mass with the aid of a control / regulating algorithm for this purpose, the set operating parameters, such as feed, depth, speed, mass and structure, etc., the oscillatory Device considered. The system could be further configured to learn from processes and adjust the control algorithm appropriately after each process run. The system is then essentially independent of an external database or manufacturer's information on limit values.
Die
Die
Die
Wie zu dem Werkzeugschlitten gemäß
Schließlich zeigt die
Die Hohlprofile können je nach Bedarf unterschiedlich ausgebildet sein. Denkbar sind beispielsweise Hohlprofile mit einem rechteckigen oder runden Querschnitt, der unterschiedliche Durchmesser bzw. Abmessungen aufweisen kann. Der Hohlraum kann jedoch auch in Form einer Ausfräsung oder dergleichen in eine Maschinenkomponente eingebracht werden. Diese Aushöhlung kann mit einem geeigneten Verschlusselement, welches insbesondere die Zufuhröffnung (Masseanschluss) aufweist, verschlossen sein. Die Form und Größe (Abmessungen und Volumen) des wenigstens einen Hohlraums ist insgesamt von der Art der Maschinenkomponente und deren Gewicht sowie von dem Gewicht der schwingfähigen Einrichtung abhängig. Das Volumen des Hohlraums und damit sein Fassungsvermögen können auch je nach Art und Gewicht der verwendeten förderbaren Masse variieren. An den Hohlprofilen bzw. in den Hohlräumen können je nach Art der verwendeten fördernden Masse (z.B. bei Fluiden) Einbauten, quasi als Trennelemente (Stege, Labyrinthe u.ä.) angeordnet werden, mit denen bei nur teilweiser Befüllung des/der Hohlräume Bewegungen des Fluids bzw. ein Schwappen weitgehend ausgeschlossen werden kann. Besonders vorteilhaft kann die Verwendung von elektro-/magneto-rheologischen Fluiden sein, die durch das Anlegen einer elektrischen Spannung zum Erstarren gebracht werden können. The hollow profiles can be designed differently depending on requirements. Conceivable, for example, hollow profiles with a rectangular or round cross-section, which may have different diameters or dimensions. However, the cavity can also be introduced in the form of a cutout or the like in a machine component. This cavity can be closed with a suitable closure element, which in particular has the feed opening (ground connection). The shape and size (dimensions and volume) of the at least one cavity is totally dependent on the type of machine component and its weight, as well as the weight of the oscillatable device. The volume of the cavity and thus its capacity may also vary depending on the type and weight of the conveyable mass used. Depending on the type of conveying mass used (eg in the case of fluids), it is possible to arrange internals on the hollow profiles or in the cavities, quasi as separating elements (webs, labyrinths and the like), with which, with only partial filling of the hollow space (s), movements of the Fluids or sloshing can be largely excluded. Particularly advantageous may be the use of electro- / magneto-rheological fluids which can be solidified by the application of an electrical voltage.
Insgesamt schafft die vorliegende Erfindung eine vorteilhafte Maschinenkomponente einer schwingfähigen Einrichtung sowie ein vorteilhaftes Verfahren zur Anpassung der Eigenfrequenz einer schwingungsfähigen Einrichtung, die durch das gezielte und geregelte Einbringen einer förderbaren variablen Masse in einen Hohlraum einer Maschinenkomponente die Eigenfrequenz der Maschinenkomponente variieren kann. Dadurch wird bei gleichbleibenden Prozessrandbedingungen die Schwingungsamplitude reduziert und damit die resonante Anregung der Maschinenkomponente vermieden. Bei veränderten Prozessrandbedingungen ändert sich gegebenenfalls die Betriebsfrequenz und folglich muss die Eigenfrequenz für veränderte Prozessbedingungen erneut angepasst werden, indem also die Masse durch das gezielte Zuführen oder Abführen von einem Fluid oder dergleichen förderbarer Masse, verändert wird.Overall, the present invention provides an advantageous machine component of a vibratory device and an advantageous method for adjusting the natural frequency of a vibratory device that can vary the natural frequency of the machine component by the targeted and controlled introduction of a variable mass conveyable into a cavity of a machine component. As a result, the oscillation amplitude is reduced and the resonant excitation of the machine component is avoided while the process boundary conditions remain the same. If the process boundary conditions change, the operating frequency may change and, consequently, the natural frequency must be adapted again for changed process conditions, ie the mass is changed by the targeted feeding or removal of a fluid or the like that can be conveyed.
Entsprechende Aktoren oder Sensoren zur Realisierung des Regelsystems können unmittelbar in der Maschinenkomponente angeordnet sein (in den Figuren nicht gezeigt). Das Regelsystem regelt auf diese Weise den Betrieb von Massefördereinrichtungen, wie Fluidförderpumpen oder dergleichen, zur Variierung der Masse in dem Hohlraum der jeweiligen Maschinenkomponente. Die Fluidfördereinrichtung wirkt also mit dem Regelsystem zusammen.Corresponding actuators or sensors for implementing the control system can be arranged directly in the machine component (not shown in the figures). The control system thus regulates the operation of mass transfer devices, such as fluid delivery pumps or the like, for varying the mass in the cavity of the respective machine component. The fluid delivery device thus interacts with the control system.
Die vorliegende Erfindung schafft somit ein vorteilhaftes tragendes Kammersystem mit einer variablen Fluidbefüllung zur optimalen Einstellung der Eigenfrequenz. Die Eigendämpfung der Komponenten wird durch die Fluiddämpfung ebenfalls erhöht. Die Komponentenmasse wird durch die Anwendung von Leichtbaukonzepten, wie Material, Form, Fertigungs- und Konzeptleichtbau und Multi-Material-Design, optimiert. Im Gegensatz zu herkömmlichen Systemen steigt die Gesamtmasse der Maschinenkomponente mit der vorliegenden Erfindung durch die Fluidbefüllung nicht. Die Füllstandsregelung kann durch Datenbank-basierte Ansätze oder eine lokale Regelung auf der Werkzeugmaschine, so beispielsweise mit Hilfe eines Regelkreises, bestehend aus Sensor und Aktor, erfolgen. Die Pumpen oder Ventile können zentral oder dezentral angeordnet sein. Weiterhin kann das Befüllen/Absaugen der variablen förderbaren Masse durch Pressluft oder Vakuum sowie ein Membransystem zum Ausdrücken des Massematerials aus dem entsprechenden Hohlraum bzw. den Hohlräumen erfolgen. Weiterhin denkbar ist eine Multifluidbefüllung von nichtmischbaren Flüssigkeiten (Dispersion) mit dem Ziel, die Grenzschichtdämpfung (zum Beispiel Wasser und Öl in einem Hohlraum) zu erhöhen. Bei den Leitungen, welche den Massespeicher mit den Hohlräumen verbinden, handelt es sich vorzugsweise um Schläuche, die eine geeignete Menge an Masse, insbesondere Fluid, von dem Massespeicher zu dem Hohlraum transportieren können. Auf diese Weise kann das Befüllen und Entleeren des Hohlraums bzw. der Hohlräume besonders schnell vonstatten gehen.The present invention thus provides an advantageous bearing chamber system with a variable fluid filling for optimum adjustment of the natural frequency. The internal damping of the components is also increased by the fluid damping. The component mass is optimized by the application of lightweight design concepts such as material, shape, manufacturing and conceptual lightweight construction and multi-material design. Unlike conventional systems, the overall mass of the machine component does not increase with the present invention due to fluid loading. The level control can be done by database-based approaches or a local control on the machine tool, such as with the aid of a control loop, consisting of sensor and actuator. The pumps or valves can be arranged centrally or remotely. Furthermore, the filling / suction of the variable conveyable mass by compressed air or vacuum and a membrane system for expressing the mass material from the corresponding cavity or cavities can be carried out. Also conceivable is a multi-fluid filling of immiscible liquids (dispersion) with the aim of increasing the boundary layer damping (for example water and oil in a cavity). In the lines which connect the mass storage with the cavities, it is preferably hoses that can transport a suitable amount of mass, in particular fluid, from the mass storage to the cavity. In this way, the filling and emptying of the cavity or the cavities can go very fast.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Systemsystem
- 3, 3', 3"3, 3 ', 3 "
- Maschinenkomponentemachine components
- 55
- Massespeichermass storage
- 66
- MasseDimensions
- 77
- Hohlräumecavities
- 99
- Masseanschlüsseground terminals
- 1111
- Leitungmanagement
- 1313
- Führungssystemguidance system
- 1515
- MassefördereinrichtungMass conveyor
- 1717
- Bett/GestellBed / frame
- 1919
- Ständerstand
- 2121
- Spindelschlittenspindle slide
- 2323
- Spindelspindle
- 2525
- Y-SchlittenY carriage
- 2727
- X-SchlittenX slide
- 2929
- Hohlprofilhollow profile
- 3131
- Verschlussplatteclosing plate
- 3333
- Öffnungopening
- 3535
- Spannfeldspan
- 3737
- Führungssystemguidance system
- 3939
- KugelgewindetriebBall Screw
Claims (23)
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