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Die Erfindung betrifft Maschinenauflager mit einer Halterung und einem damit zusammenwirkenden Tragkörper, wobei die Halterung eine Fläche besitzt, die sich am Boden abstützt, an dem die Maschine zu lagern und zu nivellieren ist und der Tragkörper in Verbindung mit der Maschine steht, und ferner Tragkörper und Halterung miteinander in Anlage befindliche Kugelflächen mit gleicher Krümmung aufweisen, über welche die Belastung zwischen Halterung und Tragkörper übertragen wird. Maschinenauflager mit in Anlage befindlichen Kugelflächen gleicher Krümmung zur Nivellierung von Maschinen sind bekannt. Sie werden auch als Nivellierböcke bezeichnet.
Ein Hauptproblem beim Nivellieren von Maschinenanlagen, insbesondere von Hochleistungsmaschinen und Schwermaschinen, wie Erzbrechern, schnellaufenden Dampfmaschinen u. dgl., besteht darin, dass während des Betriebes einer solchen Schwermaschine starke Vibrationen auftreten, denen die Auflager standhalten und die in das Fundament abgeleitet werden müssen.
Dieses Problem war mit den bekannten Maschinenauflagern nicht zufriedenstellend lösbar.
Die Erfindung bezweckt die Vermeidung der geschilderten Nachteile und Schwierigkeiten und besteht bei einem Maschinenauflager der eingangs bezeichneten Art darin, dass ein im Boden befestigter Spannbolzen Halterung und Tragkörper längs eines Radius der Kugelfläche mit Spiel gegenüber Halterung und Tragkörper durchdringt, dass die Halterung an ihren Auflageflächen eine Oberflächenrauhigkeit zwischen 2, 5 und 5,
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Tragkörpers.
Diese Kombination der Anordnung eines mit Spiel geführten Spannbolzens, einer bestimmten Rauhigkeit der Auflagerflächen und der Kugelflächen, und einer bestimmten Mindestdimensionierung des Krümmungsradius der Kugelflächen löst erstmalig die Aufgabe einer zuverlässigen Nivellierung bei gleichzeitiger Vermeidung von übermässigen Vibrationsbeanspruchungen sowohl der Fundamentkonstruktion als auch des Bedienungspersonals.
Vorteilhaft steht die vertikale Erstreckung D der Kugelflächen mit dem Krümmungsradius R und dem
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D= R-VR'- ( .
Diese Beziehung gibt den maximalen Krümmungsradius an, der nach Möglichkeit nicht überschritten werden soll.
Diese und weitere Merkmale der Erfindung sind in den Zeichnungen näher erläutert, worin Fig. l und 2 einander entsprechende Längsschnitte durch zwei verschiedene Ausführungsformen von Nivellierböcken, Fig. 3 eine ähnliche Ansicht der in Fig. 2 gezeigten Ausführungsform als erläuternde Schemadarstellung und Fig. 4 eine ähnliche Schnittansicht wie Fig. l und 2 durch einen Nivellierungsuntersatz zeigen.
In allen Zeichnungen sind gleiche bzw. ähnliche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
In Fig. l ist der Boden--10--, auf dem die Maschine--11--montiert werden soll, als Zementboden dargestellt. In eine Bodenplatte--12--, auf deren Oberseite--12a--das Maschinenauflager ruht, ist eine entsprechend ausgebildete Ausnehmung im Boden eingesetzt. Zur besseren Anschaulichkeit ist diese Platte in den Zeichnungen mit einer geringen Neigung gegenüber dem Boden, der an dieser Stelle selbst nicht genau horizontal und plan sein kann, dargestellt. Das erfmdungsgemässe Auflager umfasst eine Halterung--13--, die etwa kreisförmigen Grundriss aufweist und deren Oberseite --13a-- über einen Grossteil des mittleren Bereiches
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Kugeloberflächen mit gleichem Krümmungsradius. Tragkörper und Halterung können gegeneinander verdreht werden, z.
B. mittels eines Schraubenschlüssels am Teil--18--des Tragkörpers, der als Sechskant ausgebildet ist. Ein in den Boden--10--befestigter Bolzen--19--, der mit Spiel durch die fluchtenden Bohrungen
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reicht, ist an seinem oberen Ende mit einer Mutter--23--versehen, mittels welcher die einzelnen Teile des Maschinenauflagers starr aneinandergek1emmt werden, sobald die auf dem Maschinenauflager abgestützte Apparatur exakt nivelliert worden ist.
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angezogen wird, die Flächen--13a und 14a--durch das Gewicht der abgestützten Maschine aneinandergedrückt werden.
Auf Grund ihrer Ausbildung ist es möglich, die beiden Teile--13 und 14-gegeneinander zu verdrehen, wobei die kraftschlüssige Verbindung zwischen diesen Teilen gewahrt bleibt, auch wenn die Längsachse des Teiles--14--in einem verhältnismässig grossen Winkel zu der entsprechenden Achse des Teiles--13--geneigt ist. Darüber hinaus ist es, wenn die Teile derart geneigt sind, möglich, sie gegeneinander zu verdrehen, ohne dass in einen der Teile wesentliche Querkräfte eingeleitet werden, da derartige Kräfte, wenn sie ein grösseres Mass annehmen, lediglich bewirken, dass die beiden Teile in einer bogenförmigen relativen Querbewegung der Flächen--13a und 14a--sich gegeneinander verschieben.
Schliesslich wird die Mutter--23--angezogen, um die Teile des Auflagers gegeneinander zu spannen und zu fixieren.
Eine entsprechend der Fig. l ausgebildete Ausführungsform setzt voraus, dass die auf dem Bock abzustützende Maschine mit einer Gewindebohrung zur Aufnahme des Teiles --14-- ausgebildet ist bzw. dass der Teil--14-ein dem Gewinde der Bohrung in der Apparatur--11--entsprechendes Aussengewinde aufweist. Dieses Erfordernis wird bei der in Fig. 2 gezeigten Ausführungsform vermieden.
Hier besteht der Tragkörper aus zwei Teilen-14 und 15--, die miteinander verschraubt sind, wobei der untere Teil-14-
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--14a-- aufweist,--11-- zur Anlage gebracht werden kann. überdies werden bei dieser Ausführungsform die beiden Teile-14 und 15--gegeneinander verdreht, um die Länge des Auflagers zu verändern, wobei das Zusammenwirken zwischen den Teilen--3 und 14--lediglich den Zweck hat, etwaige winkelige Fluchtungsungenauigkeiten zwischen den Teilen auszugleichen. Die Mittel zum Verdrehen der beiden Teile-14 und 15--gegeneinander bestehen aus zwei Gruppen von Ausnehmungen--25 und 26--, die zur Aufnahme der Enden eines verstellbaren Schraubenschlüssels dienen.
Alternativ oder zusätzlich kann die zentrale Ausnehmung des Teiles --14-- anders als kreisrund gestaltet sein, z. B. mit dem in Fig. 3 strichliert skizzierten hexagonalen Querschnitt --22a--, zwecks Aufnahme eines Werkzeuges entsprechenden Querschnittes, mit dem dieser Teil gedreht werden kann. Wie bei der vorher beschriebenen Ausführungsform lässt sich eine solche Relativdrehung zwischen den Teilen--14 und 15-leicht durchführen, da die konvexen und konkaven Flächen längs einer entsprechenden bogenförmigen Bahn gegeneinander gleiten können, um Fluchtungsfehler auszugleichen. Der obere Teil des Ankerbolzens ist in Fig. 2 nicht gezeigt ; er hat aber im wesentlichen dieselbe Gestalt wie der Bolzen in Fig. l.
Die in Fig. 4 dargestellte Ausführungsform ist ein Nivellieruntersatz, der nur aus den Teilen--13 und 14-besteht, von denen letzterer eine plane Oberseite --14b-- aufweist ; die Vorrichtung ist geeignet, Fluchtungsungenauigkeiten zwischen den Teilen--11 und 12-- auszugleichen, eignet sich jedoch nicht zur Einstellung des Vertikalabstandes. Ein durchgehender Bolzen --19-- ist ist wie bei den vorher beschriebenen beiden Ausführungsformen vorgesehen.
Besondere Probleme treten bei Nivellier- und Stützvorrichtungen auf, die für Präzisionsmaschinen, wie Drehbänke, Bohrmaschinen, Montagebühnen usw., gedacht sind. Diese Probleme werden mit dem erfindungsgemässen Auflager in einfacher und wirksamer Weise überwunden. Allgemein ist festzustellen, dass eine solche Maschine mit einem Genauigkeitsgrad nivelliert werden muss, der der Betriebsgenauigkeit der Maschine vergleichbar ist, und die Nivellierung muss mit derselben Genauigkeit trotz der Beanspruchungen usw. durch die Apparatur über einen geeigneten Zeitraum erhalten bleiben.
Zunächst ist in Betracht zu ziehen, dass die Vorrichtungen im Hinblick auf die Lasten, die sie zu tragen haben, verhältnismässig massiv konstruiert sind, so dass ihre vertikale Kompression unter solchen Lasten (und unter den beträchtlichen überbelastungen, denen sie in der Praxis stets unterworfen sind) vernachlässigbar ist.
Aus denselben Gründen wird bei den Auflagern ein Schraubengewinde hoher Tragfähigkeit verwendet, das so angeordnet wird, dass stets ein gewisser Maximalbereich des Gewindes eingespannt und damit beansprucht ist.
Um die gewünschte Stabilität zu gewährleisten, ist die Höhe der Auflager im Verhältnis zu ihrem Durchmesser verhältnismässig gering, und ihre Schwerpunkte--31--werden so tief wie möglich angeordnet.
Bei einem Auflager, welches zu hoch ist bzw. einen zu hohen Schwerpunkt besitzt, besteht die Gefahr des Umkippens, nicht nur als Folge von Seitenlasten, sondern auch unter der Wirkung der vertikalen Belastung. Wie
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Aus Gründen der Stabilität soll auch die Mindestgesamtbreite des Auflagers (wie in Fig. 3 durch die Dimension-A-angedeutet) mindestens gleich sein dem Maximalabstand zwischen den Flächen --14a und 15a-- (Dimension--B-).
Für einen zufriedenstellenden Betrieb ist es auch wichtig, dass zwischen dem Flächeninhalt der Flächen - 13a und 14a--, der Last, die diese Flächen zu übertragen haben, und deren Krümmungsradius ein vorbestimmtes Verhältnis gegeben ist. Im allgemeinen sind die Flächen --14a und 13a-im Grundriss kreisförmig, so dass man bei der Erläuterung dieser Beziehung von ihrem Flächenradius sprechen kann, wobei für den Fachmann klar ist, dass im Falle nicht kreisrunder Flächen ein äquivalenter Flächenradius leicht bestimmt
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werden kann.
Die Grösse dieses Flächenradius wird hauptsächlich durch das Gewicht bestimmt, das der Bock zu tragen haben wird, und bei praktischen Ausführungsformen wird das Gewicht pro Flächeneinheit an den Flächen --13a und 14a--im Bereich von 0, 70 kg/mm2 gehalten. Wenn der Flächenradius bekannt ist, kann der
Krümmungsradius bestimmt werden, wobei die besten Ergebnisse erzielt werden, wenn das Verhältnis von Flächenradius zu Krümmungsradius nicht kleiner ist als 1 : 1, 5, vorzugsweise nicht kleiner als 1 : 1, 75 und insbesondere nicht kleiner als 1 : 2.
Dabei werden die kleinsten der bevorzugten Verhältnisse vorteilhaft nur für Auflager kleinerer Abmessungen (d. h. für Lasten im Bereich von etwa 500 bis 1000kg) verwendet, und das Verhältnis nimmt bei grösser werdenden Lasten progressiv stark zu, bis zu Werten von mindestens 1 : 3, vorzugsweise 1 : 3, 2 und sogar 1 : 3, 6 für Auflager grössere Abmessungen (d. h. für Lasten im Bereich von etwa
6000 bis 10000kg). Es ist indessen zu bemerken, dass das Verhältnis bei Lasten zwischen etwa 4000 und
6000 kg im allgemeinen einen Spitzenwert erreicht und dann noch einmal zunehmen kann, da der Flächenradius grösser werden wird, um die schwereren Lasten aufzunehmen, während der Krümmungsradius bereits genägend gross ist, so dass eine weitere Zunahme nicht unbedingt erforderlich ist.
Eine wichtige Voraussetzung ist, dass bei Aufsetzen der Last auf die Vorrichtung jedwede Fluchtungsungenauigkeit zuerst durch eine relative bogenförmige Querverschiebung zwischen den beiden Flächen --13a und 14a--weitgehendst kompensiert wird. Ist jedoch der Fluchtungsfehler so gross, dass er auf diese Weise nicht ausgeglichen werden kann, so findet ein transversales Gleiten des Teiles-13- (und/oder des Teiles--14--im Falle der Ausführungsformen gemäss den Fig. 2 bis 4) ohne vertikale Trennung der Flächen --13a und 14a--statt.
Wenn der Teil--14--gedreht wird, um die Höhe der Vorrichtung einzustellen, muss der Fluchtungsfehler zuerst durch bogenförmiges Gleiten ausgeglichen werden ; wenn der Fluchtungsfehler zu gross ist, muss ein transversales Gleiten des ganzen Bockes ohne vertikales Abheben der Flächen --13a und 14a--möglich sein, denn wenn diese Flächen getrennt werden, geht die Genauigkeit verloren, und es ist dann unmöglich, eine zufriedenstellende Nivellierung zu erreichen. Ein weiterer Nachteil eines solchen Abhebens besteht darin, dass die in Kontakt bleibenden Teile der Flächen --13a und 14a--extrem schweren lokalen Überbelastungen ausgesetzt sind, die manchmal ausreichen können, diese bleibend zu verziehen, was das Auflager ungenau und zur exakten Nivellierung unbrauchbar macht.
Wenn ein transversales Gleiten des ganzen Bockes in ausreichendem Mass stattgefunden hat, muss wieder die Voraussetzung erfüllt sein, dass eine Fluchtungsungenauigkeit durch relatives bogenförmiges Gleiten zwischen den Flächen --13a und 14a--ohne die Möglichkeit einer Trennung derselben ausgeglichen wird.
Die Bestimmung des maximalen Krümmungsradius ist in Fig. 3 erläutert. Sie basiert auf der Annahme, dass der aufzunehmende Seitenschub--PH--, welcher zu dem aufwärtswirkenden Schub--G--führt, nicht grösser sein soll, als das Gewicht-W--der Last.
Bei der in Fig. 3 dargestellten Ausführungsform bezeichnen--A und E--die Durchmesser der Flächen
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istFlächen --13a und 14a-- (gemessen von ihrem untersten gemeinsamen Punkt--28--bis zu ihrem höchstgelegenen Berührungspunkt--29--, wie der Zeichnung zu entnehmen ist) dar, --PH-- gibt die horizontale Komponente eines auf den Teil--13--oder den Teil--14--der Vorrichtung ausgeübten
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gemessen zwischen irgendeiner Sehne, die durch die beiden Punkte-28 und 29-geht, und einer entsprechenden horizontalen Schnittlinie.
Bei jeder Ausführungsform des erfindungsgemässen Auflagers wird bevorzugt ein einziger durchgehender Bolzen zum Zusammenspannen der abgestützten Maschine, des Auflagers und des Bodens verwendet. Eine solche Anordnung unterscheidet sich von den bekannten Auflagern, in denen ein durchgehender Bolzen nur die Teile der Vorrichtung miteinander verspannt hat, wogegen gesonderte Befestigungsmittel verwendet wurden, um das Auflager am Boden und/oder an der Maschine zu befestigen. Wegen der erfindungsgemässen formschlüssigen Verbindung wird die Masse des tragenden Bodens jener der abgestützten Maschine wirksam hinzugefügt, was eine wesentliche Verminderung des Vibrierens der Maschine zur Folge hat.
Von grosser praktischer Bedeutung ist die Tatsache, dass die formschlüssige Verbindung zwischen dem Boden und der Maschine die dicht anliegenden Kugelflächen --13a und 14a--enthält, woraus folgt, dass Vibrationen, die eine horizontale Komponente aufweisen, bezüglich dieser Komponente besonders unterdrückt werden, auch bei den mässigen Klemmkräften, die bei der Vorrichtung gemäss der Erfindung zur Anwendung gelangen.
Neben seiner Wirkung als Verankerungsglied gewährleistet der Spannbolzen --19- im Zusammenwirken mit den Bohrungen-20, 21 und 22-weiters, dass jedwede winkelige Fluchtungsungenauigkeit zwischen den Teilen der Vorrichtung unterhalb der bevorzugten Grenzen gehalten wird. So ist bei den dargestellten Ausführungsformen der Durchmesser des Bolzens--19--auf jene der Bohrung--22--so abgestimmt, dass winkelige Fluchtungsfehler zwischen den Teilen des Auflagers nicht grösser als etwa 3 1/2 in jeder Richtung sein können.