Deckenaufstellung von 5-Achs-Bearbeitungszentren - wie es richtig geht

Problemstellung:
Ein ca. 130 kN schweres DMG MORI 5-Achs-Bearbeitungszentrum von DECKEL-MAHO-GILDEMEISTER bereitete bei einem großen und sehr bekannten Reinigungsgerätehersteller aus Baden-Württemberg seit 4 Jahren immer wieder Probleme. Die Maschine stand auf mitgelieferten Keilschuhen genau in der Mitte auf einer Decke zwischen zwei Unterzügen. Die teilweise erheblichen Erschütterungen, abhängig von den Einstellwerten, wurden isoloc gezeigt. Offensichtlich lagen diese sogar nahe bei maximalen Werten der zulässigen Deckenbelastungen. Deshalb ist man bisher mit max. 50 % der möglichen Vorschübe und Geschwindigkeiten gefahren. Bereits während der Inbetriebnahme-Phase, aber auch in den ersten Wochen danach, bedurfte es vor Ort unverhältnismäßig oft an Einsätzen durch einen DMG-Monteur, um die Maschine überhaupt betreiben zu können. Während diesen 4 Jahren hat sich an der Situation nichts geändert. Der Aufwand war für beide Seiten erheblich.

Lösungswege und -ansätze:
Um das Problem zu beseitigen, wurden bereits „verschiedene Elemente probiert“. Es wurde z. B. von einem Marktbegleiter von isoloc ein Angebot für eine extrem tiefe Abstimmung (Lagerungseigenfrequenz) mit einem Luftfedersystem unterbreitet, das in der Summe ca. 30.000.- Euro gekostet hätte. Vorher erfolgte eine Messung zur Ermittlung der Eigenfrequenzen der Decke, auf der die Maschine steht. Da man diese sehr aufwendige (Luftfeder-) Lösung seitens unseres Kunden aber nicht realisieren wollte, wurden die Ergebnisse der Messung auch nicht mitgeteilt.

Daraufhin wurde isoloc eingeschaltet.

Isoloc-Lösung 1. Schritt:
Ohne genauere Untersuchung der Situation und Kenntnis der Rahmenbedingungen war nur eine pragmatische erste Annäherung seitens isoloc an den Problemfall möglich. Es wurden 5 Stück Universal-Präzisions-Maschinenschuhe UMS, bestückt mit isoloc Hochleistungselastomeren, ausgewählt, die in ähnlichen Fällen bereits sehr gute Ergebnisse erzielt haben.
Gesamtkosten: 775.- €

Ergebnisse:
(A) Technisch
Die gelieferten isoloc Maschinenschuhe UMS18-ASF/I haben die Situation dann auch sofort wesentlich verbessert und enorme Vorteile gebracht. Man erreichte eine Steigerung der Werte (Vorschübe und Geschwindigkeiten) um 30 %. Mit diesem Ergebnis ist der Kunde zunächst zufrieden, vor allem wegen der langen Vorgeschichte.

(B) Wirtschaftlich
Durch die Entscheidung für die isoloc Lösung anstatt der vom Marktbegleiter vorgeschlagenen Luftfederlösung sparte man 29.225.- € ein. Dabei sind die Kosten für die reduzierte Produktion und Monteurstunden seitens des Maschinenherstellers nicht eingerechnet.

Isoloc-Lösung 2. Schritt:
Nach weiteren Optimierungen gefragt, wurde von isoloc eine etwas elastischere Aufstellung vorgeschlagen. Dies wurde durch eine zusätzliche Schicht der Schwingungsisolierplatte IPL I unter den an den Lagerstellen befindlichen Stahlplatten erreicht, auf denen die Maschinenschuhe stehen. Diese hatten sich auf dem Boden leicht bewegt, da keine Rutschhemmung zwischen Stahlpatte und Boden vorhanden war. Wegen der hervorragenden Haftreibungseigenschaften der isoloc IPL Platten konnte jetzt als weiterer Zusatzeffekt, unabhängig von der elastischeren Lagerung der Maschine, auch dieses Problem gelöst werden. Das Ergebnis des zweitens Versuchs steht noch aus [Stand: 26.06.2017].

Zusammenfassung:
Durch dieses Beispiel wird wieder einmal aufgezeigt, dass es bei schwingungstechnisch heiklen Aufstellsituationen nicht immer die aufwendigen und teuren Lösungen mit Luftfedersystemen sein müssen, wenn die Kommunikation zwischen Lieferant und Kunde stimmt und Fachleute mit der Analyse betraut werden. Aufgrund der geringen Steifigkeit und Dämpfung von Luftfedern ist ein Betrieb des Bearbeitungszentrums mit den gewünschten Beschleunigungen und Geschwindigkeiten zudem äußerst fraglich, da große Schwingamplituden zu erwarten gewesen wären.
Andererseits zeigt dieser Fall, dass einfache Keilschuhe am Ende für den Werkzeugmaschinenhersteller ebenfalls teurer sind. Vermeintliche Einsparungen durch billige Lagerungselemente stehen in keinem Verhältnis zu dem Risiko, sich solche Probleme und hohen Folgekosten einzuhandeln - vom Imageschaden ganz zu schweigen.

Wie es richtig geht:
Vor einigen Monaten hatte der Kunde eine neue HERMLE Maschine C400 gekauft und auf dieselbe Geschossdecke aufgestellt. Trotz ähnlicher örtlicher Aufstellbedingungen und des Maschinentyps konnte die Inbetriebnahme der HERMLE Maschine, die serienmäßig bereits auf isoloc Maschinenlagerungssystemen gelagert ist, durch den HERMLE Servicetechniker innerhalb nur eines Tages abgeschlossen werden. Weiterhin sind auch keine Einschränkungen der Maschinenleistungsfähigkeit zu erkennen gewesen. 

DMG MORI 5-Achs-BAZ DMU 60 eVo auf isoloc UMS Maschinenschuhen
HERMLE 5-Achs-BAZ C400 auf isoloc Maschinenlagerungssystemen

Bearbeitungszentren Ultrapräzisionsfertigung

Ultrapräzisions-Bearbeitungszentrum auf hochdämpfenden UMS Maschinenschuhen

Maschine:

Pyramid Nano Fräsmaschine
Gewicht: 81 kN
Verfahrgeschwindigkeit: 25 m/min
Beschleunigung: 10 m/s²

Lösung:

3 Stück isoloc Universal-Präzisions-Maschinenschuhe UMS8-ASF/20-2

Ergebnis:

Die KERN Pyramid Nano steht auf isoloc UMS8-ASF/20-2. Das Schwingungsverhalten und die spezifischen Eigenschaften dieser Maschinenschuhe passen am besten zu dieser hochpräzisen CNC-Maschine. Versuche im Hause Kern haben das bestätigt. Der Einsatz optimierter Schwingungsdämpfer hat nicht zuletzt einen positiven Einfluss auf die Qualität der gefertigten Werkstücke und die Standzeit der Werkzeuge.

 

Optimierung von Bearbeitungszentren (1)

Hochdynamische Bearbeitungszentren mit simultaner 5-Achs- / 5-Seitenbearbeitung werden seit vielen Jahren auf speziellen isoloc Original Maschinenlagerungssystemen und Maschinen- schuhen aufgestellt.

Diese Art der Aufstellung hat verschiedene Vorteile:

  • Optimierung des dynamischen Verhaltens der Maschine bei der Bearbeitung durch Schwingungsdämpfung.

  • Lärmreduzierung durch Körperschallisolierung.

  • Montageerleichterung durch schnelle und präzise Nivellierung.

Optimierung von Bearbeitungszentren (2)

Neben der Schwingungs- und Körperschallisolierung von Bearbeitungszentren ist ein weiterer Schwerpunkt von isoloc die Optimierung des dynamischen Verhaltens von Bearbeitungs- zentren, z. B. für die Aluminium-, Stahl- und Titan-Bearbeitung. Bearbeitungen mit sehr hoher Zerspanleistung sind durch die freie, unverankerte Aufstellung auf isoloc Original Maschinen- lagerungssystemen möglich, wodurch sich reduzierte Durchlauf- zeiten und dadurch reduzierte Stückkosten ergeben.
Gegenüber einer starren, verankerten Aufstellung auf den bis dato häufig eingesetzten Fixatoren erzielt man mit isoloc deutlich höhere KV- und Ruck-Werte.

Verbesserungen wurden an verschiedenen 5-Achs-Horizontalbearbeitungszentren erreicht.

Maschinengewicht: 150 kN
Spindeldrehzahl: max. 30.000 U/min
Spindelleistung: max. 125 kW
Max. Drehmoment: 1.010 Nm

Vergleich:

starre Aufstellung

    

isoloc-Aufstellung

KV = 1,5
Ruck j(t) < 25 m/s³

 

KV = 5
Ruck j(t) bis 125 m/s³

 

-reduzierte Durchlaufzeiten
-reduzierte Stückkosten
-reduzierte Montagekosten

Optimierung von Bearbeitungszentren (3)

Optimierung eines 190 kN schweren Bearbeitungszentrums
(7-Pkt.-Lagerung, bisher auf Keilschuhen aufgestellt).

Die Auslegung der isoloc Maschinenlagerungssysteme erfolgte durch eine vorherige im Hause durchgeführte Modalanalyse. Die Aufstellung der Maschine ergab eine geringere Nachgiebigkeit bei der Resonanzfrequenz von 94 - 96 Hz gegenüber der Aufstellung auf den bisher verwendeten Keilschuhen. Messungen der Schwingbeschleunigungen an den Messstellen M1 und M2 (Spindeladapter und Turm) bei Stoßerregungen zeigen, dass es zu einer geringeren Anregung der Struktureigenfrequenzen kommt bzw. zu geringeren Betragsmaximalwerten der Schwingbeschleunigung führt, wenn die Maschine auf isoloc-Elementen steht. Geringere Relativbewegungen zwischen dem Spindeladapter und dem Werkstück bei der isoloc-Aufstellung wurden ebenfalls messtechnisch nachgewiesen. Weitere Messungen, die mit Schwinggeschwindig- keitsaufnehmern vorgenommen wurden, zeigen bei der Auf- stellung auf isoloc-Elementen wie erwartet deutlich bessere Dämpfungseigenschaften gegenüber der Aufstellung auf Keilschuhen. 

Abb.: Schwingbeschleunigung in x-Richtung an der Messstelle M1 (rot) und an der Messstelle M2 (blau) beim Stoß in x-Richtung
Abb.: eingesetztes Maschinenlagerungssystem

Bessere Werkstücke bei Dreh- / Fräszentren

Integration von Dreh- / Fräszentren in Produktionslinien

Bei der Integration von Dreh- / Fräszentren in die Produktionslinien eines mehr als 180 Werkzeugmaschinen umfassenden Maschinenparks sollte eine Empfängerisolation realisiert werden. Durch die Umgebungseinflüsse bzw. Schwingungsimmissionen traten Frequenzen auf, die den Fertigungsprozess störten. Die geforderte Oberflächengüte der Werkstücke bei den Dreh- / Fräszentren konnte nicht erreicht werden.

Lösung:

isoloc Maschinenlagerungssysteme vom Typ MULTIDAM MD+UMS8-ASF/17-2 

Ergebnis:

  • Schutz der Maschinen vor den Schwingungsimmissionen der Dreh- / Fräszentren durch Empfängerisolation.
  • Reduktion der Schwingbewegungen zwischen Werkzeug und Werkstück.
  • Kompletter Wegfall des normalerweise nachfolgenden, erforderlichen Schleifvorgangs. Die Verbesserung der Oberflächenrauheit [Ra-Wert] der Werkstücke betrug bis zu 0,2.
  • Einsparungspotential > 100.000 .- €.

 

Maschinen auf Mineralgussbetten

Maschinen auf Mineralgussbetten

Mineralgussbetten haben gegenüber Maschinenbetten aus Stahl / Grauguss eine höhere Dämpfung, aber sie dämpfen keineswegs alle Schwingungen weg, wie oft fälschlicherweise zu lesen ist.

 

Bei einem Dämpfungsgrad von 1 % beträgt die Resonanzüber- höhung bei Mineralgussbetten immer noch das Fünfzigfache!  

 

Deshalb ist eine zusätzliche Aufstellung auf hochdämpfenden [D >> 20 %] Maschinenschuhen UMS von isoloc erforderlich, um wirklich eine wirksame Schwingungsdämpfung und Schwingungs- isolierung zu erreichen.

 

Vorteile:

  • Die Maschinenbetten können bereits vormontiert mit Maschinenschuhen UMS zum Maschinenhersteller montagefertig geliefert werden.
  • Erhöhung der Dämpfung des Mineralgussbettes und damit Verbesserung des Eigenschwingverhaltens der Maschine.
  • Verbesserung der schwingungstechnischen Eigenschaften der Maschine und damit deren Produktionsergebnisse.
  • Einfache, präzise und schnelle Montage der Maschine.

http://www.maschinenmarkt.vogel.de/themenkanaele/ konstruktion/werkstoffe/articles/49264

Abb.: Vergleich Stahl vs. Mineralguss vs. isoloc

Aufstellung von Werkzeugmaschinen im Stockwerk

Eine Gildemeister Drehmaschine CTX410 sollte in einem Produktionsgebäude auf einer Decke (1. OG Stockwerk) mit einer sehr schwingungsempfindlichen Feinfertigung (Zahnräder für Uhren etc.) neu aufgestellt werden. Die tragende Deckenstruktur besteht aus Stahlträgern, auf denen ein relativ dünner Fußboden aus Beton aufgebracht ist.

Durch den Betrieb der Gildemeister Drehmaschine entstehen stoßartige Erregungen, welche sich über den Fußboden der Decke auf die Feinfertigung übertragen und diese gestört hätten.

Daten:
Gesamtmasse der Maschine ca. 6.000kg
Deckeneigenfrequenz ƒ0z = 10 Hz

Anhand der Ergebnisse einer von isoloc Messtechnikern durchgeführten Schwingungsmessung vor Ort wurde die Drehmaschine mit den speziell ausgelegten isoloc Maschinenlagerungssystemen im Stockwerk aufgestellt.

Lösung:

Maschinenlagerungssystem B8
Horizontalabstützungen HOAW 3 mit UMSD35-ASF/IPK68

System-Eigenfrequenz ƒ0v ca. 5 - 7 Hz
System-Eigenfrequenz ƒ0h ca. 1 - 3 Hz
Statische Einfederung ca. 20 - 25 mm

Ergebnis:

Die elastische Lagerung führte zu einer sehr guten Schwingungsisolation (Quellenisolierung), wodurch die störenden Schwingungen erheblich reduziert wurden. Die Fertigung wird durch den Betrieb der Gildemeister Maschine nicht gestört.

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Abb.: CTX410 elastisch gelagert
Abb.: Feinfertigung
Abb.: Größenvergleich der gefertigten Zahnräder
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