Stabilität der Alu-Profile - B-Typ oder I-Typ?

[xewimax]

Hallo,
ich bin neu hier und habe vor eine CNC Fräse zu bauen.
Bisher habe ich Erfahrung mit dem Bau eines 3D Druckers aus Profilen, mit Dimensionen 50x50x100cm.

Hier im Forum lese ich viel über die benötigte Steifigkeit, Ausgießen von Profilen etc.
Für meine Planung brauche ich aber eine grundlegende Entscheidung, welchen Profiltyp ich nehmen soll.

In Frage kommen Bosch schwer (90mm x *) mit Nut 10 und Item schwer (80mm x *) mit Nut 8.

Zweck der Fräse:
Bearbeiten von Kunststoff- und Alugehäusen (Auslässe für Anschlüsse) auf einer Rotationsvorrichtung und Fräsen von Kunststoff- (ABS, POM etc.) und NE-Metallen (Alu, Kupfer etc.) - nur technische Teile in max. Größenordnung 100x100x100mm, keine Kunstwerke.
Die Portalhöhe muss ca. 400mm sein, da die Gehäuse, die ich bearbeiten will, 300mm hoch sind.
Die Nutenplatte (Alu) muss ebenso ca. 400x400mm sein, (evtl 500x500mm) um 2-3 Gehäuse pro Lauf zu bearbeiten.
Stahl wäre super, aber wahrscheinlich wird die angedachte Spindel (Rattmmotor 2.2kW mit ER20 Aufnahme) vom Drehmoment nicht passen.

Dimensionierung:
Die Dimensionierung der Fräse ist angelehnt an 2 Linearachsen, die ich zur Verfügung habe (755x225mm).
Diese sind von Deutsche Star (heute Bosch Rexroth) mit einer Kugelumlaufspindel (5mm/Umdrehung):

Angedacht ist, den Tisch beweglich zu machen (X Achse) und das Portal starr (dort dann Y und Z Achsen).
Für die Z Achse nehme ich dann eine weitere Linearachse, nur kürzer.

Alternativ könnte man auch einen Kreuztisch aus den Linearführungen bauen, ähnlich hier:

Profile:
Aus meiner Sicht scheinen "B-Typ 90 schwer" Profile stabiler zu sein, da diese auch querverstrebt sind. Item dagegen hat mehr Luftraum, was das Ausgießen mit Mineralguss / UHPC erleichtert.
Die Profile werde ich auf Maß bestellen, sodass "nur" der Zusammenbau nötig sein wird.
Ich habe mit dem Rechner die Durchbiegung ausgerechnet - bei beiden Profilen sind es unter 0.01mm für das Portal.

Hier sind die beiden Profil Querschnitte zum Vergleich:
Bosch:

Item:

Nun habe ich zwei Fragen:

1. Fräsen-Typ: Portalfräse mit Y-Z Portal oder Kreuztisch mit der Z Achse?
2. Profil-Typ: Bosch-Typ, Item-Typ oder egal welcher (dann entscheidet der Preis)

Vielen Dank für eure Unterstützung.

[KarlG]

Moin,

Hier im Forum lese ich viel über die benötigte Steifigkeit, Ausgießen von Profilen etc.

Ich weiß nicht, wozu die Ausgießerei gut sein soll. Für die Steifigkeit bringt das wenig bis nix und für die Dämpfung ist Sand viel besser geeignet.

Die Profile werde ich auf Maß bestellen, sodass "nur" der Zusammenbau nötig sein wird.

Kommt drauf an, was wie verbunden wird. Die Stirnseiten (Stoßkanten) sind Sägeschnitte und gerne ein paar Zehntel schief, während die Profile selbst idR. nur wenige Hundertstel krumm sind.

Ich habe mit dem Rechner die Durchbiegung ausgerechnet - bei beiden Profilen sind es unter 0.01mm für das Portal.

Sagt leider gar nix aus. Auf welcher gestützten Länge und mit welcher Last gerechnet? Dazu kommt, dass bei 400mm Z die Torsion eine DEUTLICH größere Rolle spielt, als bspw. bei 150mm, wo die reine Durchbiegung schon recht aussagekräftig ist.

1. Fräsen-Typ: Portalfräse mit Y-Z Portal oder Kreuztisch mit der Z Achse?
2. Profil-Typ: Bosch-Typ, Item-Typ oder egal welcher (dann entscheidet der Preis)

Wie schon öfter geschruben: Ich würde das Konzept überdenken.
Ein "normales" fahrendes Portal mit Doppelantrieb ist hier (imho) viel besser geeignet. Z nicht in den Himmel bauen, sondern hohe Werkstücke versenken und dann hat man wieder eine "normale" beherrschbare Konstruktion, die man auch für andere Zwecke sinnvoll einsetzen kann.

Gruss
Karl

[xewimax]

Moin KarlG,

Die Profile werde ich auf Maß bestellen, sodass "nur" der Zusammenbau nötig sein wird.

Kommt drauf an, was wie verbunden wird. Die Stirnseiten (Stoßkanten) sind Sägeschnitte und gerne ein paar Zehntel schief, während die Profile selbst idR. nur wenige Hundertstel krumm sind.

Es ist geplant die Profile nur an den "original" Kanten zu verbinden, und nicht and den Schnittkanten. Die Schnittkanten werden verblendet.

Ich habe mit dem Rechner die Durchbiegung ausgerechnet - bei beiden Profilen sind es unter 0.01mm für das Portal.

Sagt leider gar nix aus. Auf welcher gestützten Länge und mit welcher Last gerechnet? Dazu kommt, dass bei 400mm Z die Torsion eine DEUTLICH größere Rolle spielt, als bspw. bei 150mm, wo die reine Durchbiegung schon recht aussagekräftig ist.

Ich habe eine Last von 600N eingegeben für die länge von 755mm. Dies ist etwa das 2-3 fache der Linearführung die ich habe. Ich habe das Profil des Portal-Querbalken berechnet, ausgehend von 90x180 hochkant in 755mm länge. An die Torsionskräfte habe ich auch gedacht. Oberhalb des Portals kann kann man aus den Profielen ebenfalls eine Versteifung anbringen, sodass die Fräse wie ein Quader ausschaut. Der obere Rahmen wäre dann direkt auf der Höhe der Y-Achse und würde gegen die Torsion helfen / den Hebel reduzieren. Eine starre Z Achse und verfahrbare Y Achse wären noch besser, aber dafür bräuchte ich mehr Linearführungen...

1. Fräsen-Typ: Portalfräse mit Y-Z Portal oder Kreuztisch mit der Z Achse?
2. Profil-Typ: Bosch-Typ, Item-Typ oder egal welcher (dann entscheidet der Preis)

Wie schon öfter geschrieben: Ich würde das Konzept überdenken.
Ein "normales" fahrendes Portal mit Doppelantrieb ist hier (imho) viel besser geeignet. Z nicht in den Himmel bauen, sondern hohe Werkstücke versenken und dann hat man wieder eine "normale" beherrschbare Konstruktion, die man auch für andere Zwecke sinnvoll einsetzen kann.

Große Werkstücke zu versenken habe ich auch in Betracht gezogen - aber es wird schwierig sein. Dafür müsste man, wie du sagst, auf die klassische Bauweise der Portalfräse zurückgreifen = mehr Linearführungen.

Weißt du wie ich die Torsionskräfte simulieren / grob berechnen kann?
(Oder zumindest um welche maximale Drehmomente geht es - den Hebel würde ich dann berechnen).
Und am besten von welchem Profil ich ausgehen kann?
Ich könnte dann ggf. eine FEM Simulation dafür erstellen.

Grüße
Xewimax

[KarlG]

Dafür müsste man, wie du sagst, auf die klassische Bauweise der Portalfräse zurückgreifen = mehr Linearführungen.

Nö! Im Moment kalkulierst Du mit 2 Schienen und 4 Wagen pro Achse und die brauchst Du für ein fahrendes Portal genauso. Natürlich ausgenommen "Sonderkonstruktionen", die mit einem Wagen pro Schiene auskommen.
Der Unterschied wäre eine Spindel auf der Y-Achse mehr...

Weißt du wie ich die Torsionskräfte simulieren / grob berechnen kann?

Hier gips eine Diskussion: viewtopic.php?f=3&t=439

Gruss
Karl

[Erwin93]

Hallo ?

schau dir die Achsen vorher noch genau an. Sind das eher "weiche" Achsen für Handling Anwendungen oder massiv steif mit vorgespannten Führungen?
Hast du 3 oder 4 Achsen zur Verfügung?


Beim Profil würde ich schauen ob eines auf das Raster der Bohrungen in den Führungen passt

Grüße Erwin

[xewimax]

Hallo ?

schau dir die Achsen vorher noch genau an. Sind das eher "weiche" Achsen für Handling Anwendungen oder massiv steif mit vorgespannten Führungen?
Hast du 3 oder 4 Achsen zur Verfügung?

Hallo Erwin,

ich habe 2 Achsen, und pro Achse eine Spindel und 4 Wagen auf 2 Linearführungen zur Verfügung. Diese wurde ich gerne genau so wieder verwenden und die 3. Achse dann dazukaufen (so eine ähnliche von Rexroth z. B.). Ich habe Fotos von meinen untwn angehängt:

Generell würde ich die Profile an diese Führung anflanschen und an die Führung anschrauben und dann alles zusammen dann mit 6 querprofilen ganz unten versteifen. In diese Profile schraube ich dann auch die Standfüße ein.

Ich mache bei der Gelegenheit mal eine CAD Zeichnung wie ich es mir vorstelle und poste hier.


@KarlG, ich hatte auch mal überlegt für die kritische Stellen eine Stahl Konstruktion zu schweißen. Dafür habe ich jede Menge 50x50 vierkant Rohre in Stärke 4mm zur Verfügung, die ich mit der Bandsäge passend schneiden kann. Ist sowas zu empfehlen? Zudem könnte ich ggf. die Portalhöhe auf 30cm minimieren, um die Torsionskräfte zu reduzieren.

Grüße
Max

[KarlG]

@KarlG, ich hatte auch mal überlegt für die kritische Stellen eine Stahl Konstruktion zu schweißen. Dafür habe ich jede Menge 50x50 vierkant Rohre in Stärke 4mm zur Verfügung, die ich mit der Bandsäge passend schneiden kann. Ist sowas zu empfehlen?

Mit Stahl 50x50x4 könnte man bis zu einer Länge von 600 (evtl. sogar bis 700) mm recht gut arbeiten. Allerdings müsstest Du verzugsarm schweißen (können), den Kram idealerweise spannungsarm glühen und auf jeden Fall überfräsen, oder auf eine andere Art die Auflagen grade kriegen. Die Stahlprofile sind meist wesentlich krummer, als die Aluprofile und wenn man schweißt, verziehen sie sich noch mehr....

Gruss
Karl

[xewimax]

Allerdings müsstest Du verzugsarm schweißen (können), den Kram idealerweise spannungsarm glühen und auf jeden Fall überfräsen, oder auf eine andere Art die Auflagen grade kriegen. Die Stahlprofile sind meist wesentlich krummer, als die Aluprofile und wenn man schweißt, verziehen sie sich noch mehr....

Okay, dann ist einen Stahlrahmen zu schweißen keine Option - unter meinen Hobbybedingungen werde ich die nicht planfräsen können.
Wie ist es damit, das ganze wie gedacht aus den Aluprofilen zu fertigen, auszurichten, und zu verschrauben, und zum Schluss die Profile entlang der Kanten zusammenschweißen (AC WIG), sodass es eine monolithische Konstruktion wird (die Verschraubungen dann natürlich trotzdem drin lassen)?

Grüße,
Max

[KarlG]

...und zum Schluss die Profile entlang der Kanten zusammenschweißen (AC WIG), sodass es eine monolithische Konstruktion wird (die Verschraubungen dann natürlich trotzdem drin lassen)?

Ist mir nicht bekannt, ob das schonmal jemand gemacht hat und wie sich das auswirkt. Verschrauben reicht aber idR. völlig.

Gruss
Karl

[Erwin93]

Ich würde die Alu Profile nicht schweißen. Das ist nichts für Anfänger. Die Nähte sehen teilweise gut aus halten aber fast nichts. Für gute Nähte musst du die Naht gut vorbereiten, wärmen und dann schweißen. Sollte auch ein gutes Schweißgerät sein dann geht es besser.
Die Nähte sind aber auch bei guten Schweißern nicht so schön wie WIG Stahl /Edelstahl
Gefühlt wurde ich auch sagen es kommt mehr Wärme und Material.
Habe meine Erfahrungen mit Alu schweißen gemacht und keine Naht ist die beste Lösung.
Eine Option für deine Stahlprofile ist eventuell CuSi löten/ schweißen. Das hatte ich für meine Konstruktion überlegt. Lässt sich als Draht wie MAG verarbeiten hat aber einen niedrigen Schmelzpunkt und bringt damit weniger Wärme ein. Das Stahlprofil wird auch nicht aufgeschmolzen. Klar die Festigkeit ist geringer aber die Maschinen sind ja eh auf Durchbiegung beansprucht da ist die Stabilität vollkommen überdimensioniert.
Grüße Erwin