PM-Regler für Führungen

Die Innenschaltung eines hydraulischen Mengenreglers ist bekannt: Eine Druckwaage, bestehend aus einem einseitig federbelasteten Kolben, steuert eine zweite Drosselstelle so, dass der Differenzdruck über eine erste Drosselstelle konstant gehalten wird.

Unser PM-Regler (Progressiv-Mengen-Regler) arbeitet auf die gleiche Weise mit zwei Drosselstellen.

Beim PM-Regler ist die erste Drosselstelle immer laminar durchströmt und der federbelastete Kolben des bekannten hydraulischen Mengenreglers ist durch eine runde Federstahlscheibe ersetzt, welche rein elastisch arbeitet. Durch eine spezielle Anordnung der Abflussbohrung aus dem Regler wird erreicht, dass der Durchfluß durch den Regler (bei konstantem Eingangsdruck) bei steigendem Ausgangsdruck, also steigendem Druck in der Hydrostatiktasche, ansteigt. Gesteuert wird der PM-Regler ausschließlich durch den Differenzdruck über den Regler, Fremdenergie und eine Ansteuerungselektronik ist nicht erforderlich.

Folgende Eigenschaften resultieren aus der Konzeption des PM-Reglers:

  • Da die erste Drosselstelle des PM-Reglers, genau wie die Spalte der Hydrostatiktaschen, immer laminar durchströmt wird, ändert sich der Fluidstrom durch den Regler und die Hydrostatiktaschen aufgrund variierender Fluidviskosität in gleicher Weise, so dass die Steifen und Belastbarkeiten sowie die Spaltgrößen und Taschendrücker der Hydrostatiktaschen unabhängig von der Fluidviskosität konstant sind. Bei einer Änderung der Fluidviskosität, z.B. aufgrund unterschiedlicher Fluidtemperaturen oder durch Austausch des Fluids (Die zulässige Viskositätstoleranz einer Ölsorte beträgt nach DIN ± 10%!) verändern sich also die Maschineneigenschaften nahezu nicht. Verändert wird nur der erforderliche Fluidstrom und etwas die Dämpfungseigenschaften.
  • Da die Regelung des Fluidstromes nur durch elastische Verformung der Federstahlscheibe erfolgt, also keine gleitenden Bewegungen vorhanden sind, arbeitet der PM-Regler verschleiß- und hysteresefrei. Aufgrund der geringen Masse der Federstahlscheibe und hoher Stellkräfte ist der PM-Regler sehr schnell, die Eigenfrequenzen liegen ein Vielfaches über den im Maschinenbau relevanten Erregerfrequenzen. Da keine gleitenden Elemente vorhanden sind, ist der Regler zudem wartungsfrei!
  • Bei konstantem Eingangsdruck (=Pumpendruck) führt der PM-Regler bei steigender Belastung einer Hydrostatiktasche, also steigendem Taschendruck und damit Ausgangsdruck am Regler der Hydrostatiktasche einen ebenfalls ansteigenden Fluidstrom zu. Hierdurch werden gegenüber Lösungen mit Kapillaren ca. vierfache Steifen (!!) erreicht. 

Der PM-Regler weist also die sehr atypische Eigenschaft auf, bei sinkendem Differenzdruck über den Regler einen steigenden Fluidstrom durch den Regler zu erreichen.

Anwendungsbereiche:

Linearmotorführung

  • die Biegebelastung durch die Niederzugkraft des Motors auf den Schlitten und die Führungsbahn ist relativ gering
  • die Auflagetaschen werden durch die Magnetkraft vorgespannt
  • für horizontale und vertikale Schlitten, sofern die abhebenden Kräfte deutlich kleiner wie die Vorspannung durch Gewicht- und Magnetkraft sind

Offene Führung

  • hydrostatische Führung mit höchster Präzision und exzellent steifer Richtungsführung
  • für horizontale Anwendungen, sofern Bearbeitungs- und Beschleunigungskräfte auf die Taschen deutlich kleiner sind als die Gewichtskräfte
  • Vergrößerung der Vorspannung durch Gewichte mittels Unterdrucktaschen möglich (dunkelorange dargestellt)
  • besonders geeignet für Rundschleif-, Flachschleif- und Werkstückachsen von großen Fräsmaschinen

V-Flach-Führung

  • keine Verformung durch Schrauben, somit höchste Präzision
  • geringe Fertigungskosten, da keine Flächen auf Maß geschliffen werden müssen und keine Leisten notwendig sind
  • für horizontale Anwendungen, sofern Bearbeitungs- und Beschleunigungskräfte auf die Taschen deutlich kleiner sind als die Gewichtskräfte
  • Vergrößerung der Vorspannung und dadurch Steife mittels Unterdrucktaschen möglich (dunkelorange dargestellt)
  • geeignet für Rundschleif-, Flachschleif-, Mess- und Ultrapräzisionsmaschinen
  • die Steife der Richtungsführung erhöht sich mit Belastung auf die V-Bahn

Umgriff- Führung

  • Für Führungen mit Belastungen in beliebigen Richtungen, also auch abhebenden Kräften
  • einfach herzustellende, hochgenaue und extrem parallele vertikale Hydrostatikspalte
  • geringe Fertigungskosten, da kein Teil parallel und auf Maß geschliffen werden muss
  • die Größe des vertikalen Summenspalts wird durch einen Stufenschliff auf einer Seite der beiden Umgriffleisten bestimmt
  • für horizontale und vertikale Schlitten mit großen Kräften, Momenten und hoher Steife

Vorteile bei allen Anwendungen für Führungen:

  • verschleißfrei auch bei max. Last, somit keine Präzisionsverluste mit zunehmender Gebrauchsdauer
  • Zehnerpotenzen bessere Dämpfung, dadurch wesentlich bessere Werkstückoberfläche und Werkzeugstandzeit
  • keine Schwingungen und Schwankungen der Reibung wie bei Wälzführungen durch Kugelumlauf
  • kein Umkehrsprung der Vorschubkraft bei Umkehr der Bewegungsrichtung
  • nahezu reibungsfrei bei geringen Geschwindigkeiten
  • kein Slip-Stick-Effekt
  • Verfahrweg kleiner 0,1 µm möglich
  • Gleiteigenschaften der Werkstoffe, des Schlittens und der Führungsbahn sind unwesentlich, es kann auch Mineralguss, Alu oder Abformmasse verwendet werden

Die hydrostatische Führung wird angepasst an:

  • Gewichte, Bearbeitungs- und Beschleunigungskräfte
  • maximale Geschwindigkeit und Beschleunigung sowie gewünschte Steife und optimale Dämpfung