Berechnung durchbruchbedingter Steifigkeitsminderungen und Spannungsüberhöhungen bei Werkzeugmaschinen

Mit Hilfe der FEM wurde der EinfluB von DurchbrUchen in Werkzeug maschinen fUr zwei verschiedene Gestellbauteile untersucht. Zum einen ist dies ein kastenformiger Stander, bei dem der Steifigkeits abfall infolge eines Durchbruches von Interesse ist. Hierzu wurde eine Vielfalt von Durchbruchsformen und -groBen untersucht. Zum anderen ist das ein O-Gestell einer Umformmaschine. Hierbei interes siert die Spannungsausbildung im Gestell infolge eines Durchbruches. Die Ergebnisse der Rechnung fUr den Stander mit Kastenquerschnitt zeigen den erheblichen EinfluB, den ein Durchbruch auf die Steifig keit haben kann. Die Ergebnisse wurden so aufbereitet, so daB der EinfluB von verschiedenen Durchbruchsformen und -groBen aus graphi schen Darstellungen dem Konstrukteur direkt zuganglich ist. Weiter hin kann er mit Hilfe von Kurven gleicher Steifigkeit die fUr seinen Fall optimale Durchbruchsform auswahlen. Zur Verminderung des Einflusses des Durchbruches auf die Steifig keit wurden zwei konstruktive MaBnahmen rechentechnisch untersucht. Die erste MaBnahme ist die Einbringung einer Querschotte direkt ober- und unterhalb des Durchbruches. Diese MaBnahme erwies sich insbesondere bei der Torsion als besonders geeignet, wo eine bis zu 265 % Steigerung der Steifigkeit gegenUber dem Fall ohne Quer schotte erzielt werden konnte. Die zweite MaBnahme war die Anbrin gung eines Wulstes urn den Durchbruchsrand. Hierbei ergab sich mit 152 % Steifigkeitssteigerung ebenfalls beim Lastfall Torsion das beste Ergebnis.

Autorentext
Prof.Dr.-Ing.Dr.-Ing.E.h.M.Weck war Inhaber des Lehrstuhles für Werkzeugmaschinen, Direktor des Laboratoriums für Werkzeugmaschinen und Betriebslehre (WZL) der RWTH Aachen und Direktoriumsmitglied des Fraunhofer-Institutes für Produktionstechnologie (IPT) in Aachen, in welchem er die Abteilung Produktionsmaschinen leitete.

Klappentext

Mit Hilfe der FEM wurde der EinfluB von DurchbrUchen in Werkzeug­ maschinen fUr zwei verschiedene Gestellbauteile untersucht. Zum einen ist dies ein kastenformiger Stander, bei dem der Steifigkeits­ abfall infolge eines Durchbruches von Interesse ist. Hierzu wurde eine Vielfalt von Durchbruchsformen und -groBen untersucht. Zum anderen ist das ein O-Gestell einer Umformmaschine. Hierbei interes­ siert die Spannungsausbildung im Gestell infolge eines Durchbruches. Die Ergebnisse der Rechnung fUr den Stander mit Kastenquerschnitt zeigen den erheblichen EinfluB, den ein Durchbruch auf die Steifig­ keit haben kann. Die Ergebnisse wurden so aufbereitet, so daB der EinfluB von verschiedenen Durchbruchsformen und -groBen aus graphi­ schen Darstellungen dem Konstrukteur direkt zuganglich ist. Weiter­ hin kann er mit Hilfe von Kurven gleicher Steifigkeit die fUr seinen Fall optimale Durchbruchsform auswahlen. Zur Verminderung des Einflusses des Durchbruches auf die Steifig­ keit wurden zwei konstruktive MaBnahmen rechentechnisch untersucht. Die erste MaBnahme ist die Einbringung einer Querschotte direkt ober- und unterhalb des Durchbruches. Diese MaBnahme erwies sich insbesondere bei der Torsion als besonders geeignet, wo eine bis zu 265 % Steigerung der Steifigkeit gegenUber dem Fall ohne Quer­ schotte erzielt werden konnte. Die zweite MaBnahme war die Anbrin­ gung eines Wulstes urn den Durchbruchsrand. Hierbei ergab sich mit 152 % Steifigkeitssteigerung ebenfalls beim Lastfall Torsion das beste Ergebnis.

Inhalt

1. Grundlagen.- 1.1 Einleitung.- 1.2 Literaturstudie.- 1.3 Elementwahl und Konvergenztest.- 1.4 Rechenmodellerstellung.- 1.5 Darstellung von Verformungen und Spannungen.- 2. Umfang der untersuchten Durchbrüche.- 2.1 Auswahl repräsentativer Gestellbau- und Durchbruchsformen.- 2.2 Definition der Lastfälle, Steifigkeiten und Kerbfaktoren.- 2.3 Interpolation zur Erfassung verschiedener Größen des Durchbruches und Durchbruchslagen.- 3. Ergebnisse der Rechnungen.- 3.1 Einfluß der Durchbrüche auf die Steifigkeit bei einem unverrippten Ständer.- 3.2 Einfluß von Querschotten auf die Steifigkeit.- 3.3 Einfluß von Wulsten auf die Steifigkeit.- 3.4 Einfluß der Lochlage auf die Kerbfaktoren bei einem O-Gestell einer Umformmaschine.- 4. Zusammenfassung.