Fundamente Flashcards
(12 cards)
Welche Aufgaben erfüllen Fundamente?
Skript/Folie
* Fundamentierung ist wesentliche Aufgabe der Konstruktion und des
Projektmanagements
* Maschine, Fundamente und Baugrund bilden ein zu optimierendes Gesamtsystem
- Justierung und Ausrichtung der Maschine- Zusätzliche Versteifung durch das Fundament
- Gewährleistung der Standsicherheit bei äusseren Kräften oder Trägheitskräften
- Passive Isolierung gegenüber dynamischen Störungen von aussen
- aktive Isolierung zum Schutz der Umgebung vor Erschütterung
- Langzeitstabilität, d.h. keine Deformation durch Schwund oder Relaxation, keine
Zersetzung - Thermische Stabilität
- Anpassung der Bedienhöhen an die betriebliche Erfordernis
- Lastaufnahme und -ableitung
Das Fundament trägt das Gewicht der Maschine und die dynamischen Belastungen, die während des Betriebs entstehen.
Es leitet diese Lasten in den Untergrund ab, um die Stabilität sicherzustellen.
Verhindert das Einsinken oder Kippen der Maschine. - Vibrationsdämpfung
Reduktion von Vibrationen und Schwingungen, die durch die Maschine selbst (z. B. durch bewegliche Teile) oder durch externe Einflüsse (z. B. benachbarte Maschinen) entstehen.
Verbessert die Bearbeitungsgenauigkeit und verhindert Schäden an der Maschine und am Fundament.
Schützt umliegende Maschinen und Gebäude vor störenden Schwingungen. - Präzisionssicherung
Sicherstellung einer stabilen und ebenen Grundlage für die exakte Ausrichtung der Maschine.
Erhalt der Genauigkeit der Maschine, auch bei langem Betrieb.
Besonders wichtig für Maschinen mit hoher Präzisionsanforderung, z. B. CNC-Maschinen. - Schall- und Erschütterungsreduktion
Das Fundament dient als Puffer und reduziert die Übertragung von Lärm und Erschütterungen auf umliegende Bereiche.
Erhöht den Arbeitskomfort und die Sicherheit in der Produktionsumgebung. - Schutz vor Umwelteinflüssen
Verhindert, dass die Maschine durch Bodenbewegungen (z. B. Setzungen) oder Temperaturschwankungen beeinträchtigt wird.
Verlängert die Lebensdauer der Maschine. - Aufnahme von Sonderlasten
Bei speziellen Maschinen, wie Pressen oder Schmiedehämmern, müssen Fundamente besonders hohe Kräfte oder Stöße absorbieren.
Verhindert Schäden an der Maschine und ihrer Umgebung. - Erfüllung von Sicherheitsanforderungen
Gewährleistung der Standsicherheit der Maschine und Schutz vor Kippen oder Verrutschen.
Verhindert Unfälle und erfüllt gesetzliche Sicherheitsanforderungen.
Worin unterscheiden sich eigensteife Maschinen von nicht
eigensteifen WZM?
Der Unterschied zwischen eigensteifen und nicht eigensteifen Werkzeugmaschinen liegt in ihrer Fähigkeit, ohne zusätzliche Unterstützung die Stabilität und Genauigkeit während des Betriebs zu gewährleisten. Diese Unterschiede wirken sich direkt auf Konstruktion, Einsatzgebiet und Anforderungen aus.
stabil & massiv; keine spez. Vorbereitung nötig; mobil & umstellbar; kleine bis mittelgr. M; hoher Materialeinsatz –> teuer
Definition:
Eigensteife Maschinen haben eine so stabile und steife Grundstruktur, dass sie ohne zusätzliche Fundamente oder Verstärkungen präzise arbeiten können.
Merkmale:
- Hohe Steifigkeit: Die Maschine selbst kann die auftretenden Bearbeitungskräfte aufnehmen und dämpfen.
- Integrierte Stabilität: Die Konstruktion ist massiv ausgelegt (z. B. durch dicke Wände, große Querprofile oder spezielle Materialien wie Guss).
- Hohe Eigengewichtskraft: Das Gewicht der Maschine sorgt für Stabilität.
- Unabhängig vom Fundament: Funktionieren auch auf normalen Industriehallenböden.
Nicht eigensteife Maschinen benötigen zusätzliche Unterstützung durch ein spezielles Fundament oder externe Verstärkungen, um Bearbeitungskräfte aufnehmen zu können.
Geeignet für sehr große Maschinen, wie Pressen, Walzwerke oder Langbettmaschinen, bei denen eine eigensteife Konstruktion unwirtschaftlich oder unmöglich ist.
Optimale Dämpfung und Stabilität bei hohen Bearbeitungskräften oder dynamischen Belastungen.
Weshalb werden Fundamente nicht mit der Maschine geliefert?
Fundamente werden nicht mit der Maschine geliefert, weil:
Sie individuell an Boden- und Standortbedingungen angepasst werden müssen. Ihre Konstruktion spezifisch auf die Maschine und deren Belastungen abgestimmt wird. Der Transport und die Vorfertigung unwirtschaftlich wären. Regionale Bauvorschriften und Normen eingehalten werden müssen. Der Betreiber Flexibilität bei der Integration in seine Infrastruktur benötigt.
- Anpassung an örtliche Gegebenheiten
Die Beschaffenheit des Untergrunds (z. B. Tragfähigkeit, Stabilität, Feuchtigkeit) variiert von Standort zu Standort.
Das Fundament muss entsprechend den lokalen Bodenbedingungen ausgelegt werden.
Zum Beispiel müssen Fundamente oft in bestehende Produktionshallen integriert werden. - Maßgeschneiderte Konstruktion
Die Größe, das Gewicht und die dynamischen Belastungen der Maschine bestimmen die Auslegung des Fundaments.
Besonders bei großen und nicht eigensteifen Maschinen sind die Anforderungen individuell und auf den jeweiligen Maschinentyp abgestimmt.
Fundamente können spezielle Anforderungen erfüllen, z. B. Schwingungsdämpfung, Vibrationsisolierung oder Kabel- und Leitungsführungen.
Solche Funktionen müssen individuell geplant und gebaut werden. - Wirtschaftliche und logistische Gründe
Ein fertig gegossenes Fundament wäre extrem schwer und schwierig zu transportieren.
Es wäre unwirtschaftlich, fertige Fundamente zur Baustelle zu liefern.
Es ist kosteneffizienter, das Fundament direkt vor Ort zu errichten.
Lokale Materialien und Arbeitskräfte können genutzt werden, was die Kosten reduziert. - Bauvorschriften und Normen
Fundamente müssen den lokalen Bauvorschriften und Normen entsprechen, die sich je nach Land oder Region unterscheiden können.
Die spezifischen Anforderungen an die Tragfähigkeit und Sicherheit des Fundaments hängen oft von diesen Vorschriften ab. - Flexibilität für den Betreiber
Anpassungen an bestehende Produktionslinien, Bodenplatten oder andere Maschinen müssen berücksichtigt werden.
Das Fundament wird oft auf die langfristige Nutzung angepasst, z. B. für mögliche Erweiterungen oder Veränderungen in der Produktionshalle.
Weshalb ist die Beschaffenheit des Erdreichs zu berücksichtigen?
Die Beschaffenheit des Erdreichs ist aus folgenden Gründen entscheidend:
Sicherstellung der Tragfähigkeit des Fundaments. Vermeidung ungleichmäßiger Setzungen. Berücksichtigung des Langzeitverhaltens des Bodens. Anpassung an Bodenarten und Wasserverhältnisse. Optimierung der Vibrationsdämpfung.
- Tragfähigkeit des Bodens
Einsinken des Fundaments.
Ungleichmäßige Setzungen, die zu Fehlfunktionen oder Schäden an Maschinen führen können. - Gleichmäßige Lastverteilung
Risse im Fundament oder Bauwerk.
Fehljustierungen von Maschinen, was zu einer verminderten Präzision führt. - Bodenarten und ihr Verhalten
Tonige Böden:Neigen zu Volumenänderungen durch Feuchtigkeitsaufnahme oder -verlust (Quellen und Schrumpfen).
Problematisch bei wechselnden Wasserständen.
Sandige Böden:
Hohe Durchlässigkeit für Wasser, aber geringe Kohäsion, was bei Vibrationen problematisch sein kann. Gefahr des Einsinkens oder der Instabilität.
Felsiger Boden:
Sehr hohe Tragfähigkeit und Stabilität, aber teurer in der Bearbeitung.
Kiesiger Boden:
Gute Tragfähigkeit und Drainageeigenschaften.
- Wassereinfluss
Warum wichtig?
Der Grundwasserspiegel und die Wasserdurchlässigkeit des Bodens beeinflussen die Stabilität und Haltbarkeit des Fundaments.
Mögliche Probleme:Steigendes Grundwasser kann Fundamente unterspülen oder instabil machen.
Wasser kann Frostsprengungen verursachen, wenn es in frostempfindlichen Böden (z. B. Lehm) gefriert. - Vibrationsdämpfung
Tonige Böden dämpfen Vibrationen besser als sandige Böden.
Felsige Böden leiten Schwingungen stärker weiter, was umliegende Strukturen beeinflussen kann. - Langzeitverhalten
Unvorhergesehene Setzungen können Maschinen oder Bauwerke beeinträchtigen.
Chemische Prozesse, wie Sulfatauswaschung, können Fundamente angreifen.
Welche zwei statische Auslegungskriterien gibt es bei
Fundamenten? (max. Schrägstellung, max. Durchbiegung)
Die beiden statischen Auslegungskriterien bei Fundamenten sind:
Maximale Schrägstellung – Die maximale Neigung des Fundaments, die auftreten darf, ohne dass strukturelle Schäden entstehen. Maximale Durchbiegung – Die zulässige Verformung des Fundaments unter Lasten, um die Funktion und Stabilität des Bauwerks oder der Maschine zu gewährleisten. Typische Werte: * max. rel. Schiefstellung: 0.01 mm/m * max. Durchbiegung: 0.075 mm
Beide Kriterien sind wichtig, um sicherzustellen, dass das Fundament langfristig stabil bleibt und die geplanten Lasten sicher abgetragen werden.
Maximaler Setzungswert (Maximale Schrägstellung)
Die Setzung eines Fundaments bezieht sich auf das Absinken des Fundaments aufgrund der Belastung. Diese Setzung kann lokal oder insgesamt auftreten.
beschreibt den maximalen Winkel, den ein Fundament aufgrund von Setzungsdifferenzen oder Instabilitäten gegenüber der horizontalen Ebene erreichen darf, ohne dass strukturelle Schäden am Bauwerk oder an der Maschine entstehen.
Warum wichtig?:
Eine zu hohe Schrägstellung kann dazu führen, dass sich die Maschinen oder das Gebäude nicht korrekt ausrichten und die Funktionsfähigkeit beeinträchtigt wird.
Eine ungleichmäßige Setzung (besonders bei großen Maschinenfundamenten) kann zu Schäden an der Maschine oder dem Bauwerk führen.
Maximale Durchbiegung (Bodenverformung)
Die Durchbiegung bezieht sich auf die Verformung des Fundaments unter Belastung, besonders bei ungleichmäßiger Lastverteilung.
Es wird ein maximaler Wert für die Durchbiegung des Fundaments festgelegt, der nicht überschritten werden darf. Dies bedeutet, dass das Fundament auch unter dynamischen oder statischen Lasten nicht so stark verformen darf, dass es die Funktionalität des Bauwerks oder der Maschine beeinträchtigt.
Warum wichtig?:
Eine zu starke Durchbiegung kann zu Fehlfunktionen der Maschinen führen, die auf einer ebenen und stabilen Fläche arbeiten müssen.
Eine hohe Durchbiegung kann auch zu strukturellen Schäden am Bauwerk selbst führen, wie z. B. Rissen in den Wänden oder der Decke.
Ergänzung 46.
Wie können Fundamente modelliert werden?
Fundamentblock wird als runder/rechteckiger Starrkörper modelliert
Da das einfache Modell die Stei gkeit des Maschinenbettes vernachlässigt, liefert es grundsätzlich zu schwere Fundamente, liegt also auf der sicheren Seite. Durch die daraus folgende Überdimensionierung entstehen in der Ausführung höhere Kosten. Berechnet wird neben der Durchbiegung und Schiefstellung des Fundamentes auch die Flächenpres sung auf dem Baugrund.
Das komplexere Modell besteht aus gekoppelten Biegebalken und ist nicht mehr manuell lösbar.
Ein komplexeres Modell erfasst zusätzlich noch die Steifgkeit des Maschinenbetts als Biegebalken sowie die der der Aufstellelemente.
Das Fundament und die Maschine werden also je als Biegebalken, der Baugrund mit einer Bettung aus verteilten Federn und Dämpfern sowie die Aufstellelemente als Translationsfedern modelliert.
Die komplexe Berechnung ist zwar aufwendiger, allerdings gleicht die Einsparung an Material und Zeit bei der Fundamentkonstruktion dies wieder aus.
- Analytische Modellierung
Analytische Modelle basieren auf theoretischen Gleichungen, die das Verhalten von Fundamenten unter bestimmten Lasten beschreiben. Diese Methode ist besonders nützlich für einfache Fundamenttypen und bei Standardberechnungen.Hier werden fundamentale Prinzipien der Statik und Festigkeitslehre angewendet - Numerische Modellierung
Numerische Modellierung wird verwendet, wenn das Fundament komplexere Formen und Geometrien aufweist oder wenn der Boden nicht gleichmäßig und homogene Eigenschaften hat. Die Finite-Elemente-Methode (FEM) ist die am häufigsten verwendete Methode in der numerischen Modellierung.
Was ist eine aktive und passive Isolierung?
Von einer Aktivisolierung spricht man, wenn dynamische Kräfte auf das Fundament aus dem Bearbeitungsprozess reduziert werden sollen. Werden hingegen Maschinenamplituden aus Erschütterungen der Umgebung reduziert, handelt es sich um eine Passivisolierung.
Bei der Aktivisolierung erfolgt die Schwingungsanregung durch die Bearbeitungskraft F = F0 cos t auf das Fundament, bei der Passivisolierung wird von einem fusspunkterregten Einmassenschwinger ausgegangen, auf den vom Baugrund her eine Schwingung a = a0 cos t eingetragen wird.
- Zur Vermeidung von Schwingungsabgabe in die Umgebung
- Schutz vor Schädigung der Personen in der Fertigung
- Schutz vor Einfluss auf andere Maschinen
- Wichtig bei Umformmaschinen (Pressen, Hämmer)
- Grobe Auslegung betrachtet Maschine als Einmassenschwinger
- Eigenfrequenz möglichst tief zu wählen grosse Massen, weiche Federung
- Hammer: Auslegung nur nach vertikalen Schwingungen
- Pressen: Einbezug auch Kipp – und horizontaler Freiheitsgrade
Ergänzung 48.
Nennen Sie Aufstellelemente?
12 Stück
1 Nivellierschuh
2 Viskosedämpfer
3 Stellfuss mit Isolierplatte
4 Nivellierschuh mit Isolierplatte
5 Federisolator
6 Feder-Dämpfer-Element
7 Hydraulischer Dämpfer
8 Topfelement mit Gummipuffer
9 Stellfuss mit Isolierplatte
10 Zuganker mit beidseitig
wirkender Isolierplatte
11 Zuganker mit einseitig
wirkender Isolierplatte
12 Isolierplatte
Ergänzung 49.
Wie funktionieren Aufstellelemente?
Maschinenschuhe
* Billigste (Kostengünstigste) Aufstellart
* Steif, geringe Dämpfung, höhenverstellbar
* Dämpfung und Resonanzfrequenz entspricht den Eigenschaften der Isolierplatte
Zuganker
* Feste Verankerung der Maschine in Fundament
* gegen alle Kraftrichtungen gesichert
* leitet Schwingungen sehr gut
Nivellierschuhe
* Aufstellelemente mit Höhenverstellung
* Höhenverstellung auf Schraub- oder auf Keilprinzip beruhend
* verfügen über praktisch keine Dämpfung oder Elastizität
* können direkt aufgestellt, verankert oder eingegossen werden
Isolierplatten
* Eigenständig als Aufstellelement oder in Kombination mit Zugankern, Stellschuhen oder
Nivellierschuhen als zusätzliche Dämpfung
* verschiedene Isolierplatten werden zu Isolierpaketen vereint
* Dämpfungsgrad bzw. Lehr’sches Dämpfungsmass: D
Federisolatoren
* Verhältnissmässig schwache Dämpfung
- Dämpfung nur hauptsächlich durch Materialdämpfung
* Grosse Verformwege möglich
* Federnd lagern allein ist meist keine Lösung
Gefahr von Resonanz und Maschinenschwingungen
Viscosedämpfer
* Maschinenschuhe schwimmen in Reibflüssigkeit, auf allen Seiten beweglich
* Dämpfung durch Adhäsions- und Kohäsionskräfte
* Tragfähigkeit und Elastizität durch Feder
Hydraulische/Pneumatische Dämpfer
* Federung durch Kompressibilität der Luft
* Dämpfung beruht auf Verdrängung von Flüssigkeit/Luft
* Sehr gute Dämpfungseigenschaften, durch Drossel einstellbar
Welche Aufgaben erfüllen Aufstellelemente?
Aufstellelemente spielen eine entscheidende Rolle für die Stabilität, Sicherheit, Funktionalität und Langlebigkeit von Maschinen und Geräten. Sie sorgen nicht nur für eine stabile Positionierung, sondern tragen auch zur Schwingungsdämpfung, Lastverteilung und Schutz der Umgebung bei. Die Wahl des richtigen Aufstellelements hängt von den spezifischen Anforderungen der Maschine und des Einsatzumfelds ab.
- Nivellierbarkeit (Höhenverstellung)
- Verschiebbarkeit (seitliche Verschiebung)- Federungs- und Dämpfungseigenschaften (Erhöhung der Nachgiebigkeit oder der
Dämpfung) - ggf. Möglichkeit der Verschraubung mit dem Fundamentklotz (mittels Zuganker
oder Dübel) - Untergieÿen: nicht schwindende Verguÿmassen
Beschreibe Sie den Einfluss auf das Maschinenverhalten von
federnden Aufstellelementen?
Schwingungsdämpfunng –> Reduktion von Vibrationen und Lärm, aber Resonanz möglich
Stabilität –> Ausgleich von Unebenheiten
Präzision –> vibrationsfrei
Lastverteilung –> Bodenschonung
Resonanzverhalten –> Effektive Isolierung bei Frequenzabstand
Kann man die Auswirkungen fremderregter Schwingungen auf
Werkzeugmaschinen aktiv kompensieren? Wenn ja wie?
Ja, die Auswirkungen fremderregter Schwingungen können effektiv aktiv kompensiert werden. Moderne Maschinen setzen auf eine Kombination aus Sensoren, Aktoren und intelligenter Steuerung, um Schwingungen in Echtzeit zu kontrollieren. Je nach Anwendung und Anforderungen können aktive Schwingungsdämpfung, Regelungstechniken, Tilger-Massen und andere Technologien eingesetzt werden. Die Wahl der Methode hängt von der Art der Schwingung, der Maschine und den Anforderungen an Präzision und Effizienz ab.
