Technologie im Vergleich
Auf die Lage kommt es an – Innovativer Progressiv-Mengen-Regler von HYPROSTATIK
Nahezu jeder kennt das dekorative Schauspiel, das mitunter vor Großgebäuden zu sehen ist: Eine schwere Stein- oder Metallkugel dreht sich fast reibungsfrei in einer Halbschale. Der Grund hierfür kommt von unten – Wasserdruck, erzeugt durch eine Pumpe, hebt die Kugel an und lässt sie praktisch ohne Reibung und Kontakt zur Schale auf einem Wasserfilm schwimmen. Einem hydrostatischen Wasserfilm.
Weniger ansprechend anzusehen aber ebenso effektiv kann diese Methode zur Lagerung bewegter Maschinenteile eingesetzt werden: Da sich die bewegten Teile nicht berühren, bleibt Verschleiß aus. Veredelt durch unseren innovativen Progressiv-Mengen-Regler und eine fundierte Beratung machen sich die hochwertigen HYPROSTATIK-Lösungen genau dieses Prinzip zunutze. Zum Vorteil der Werkzeugmaschinen unserer Kunden: Sie werden exakter, zuverlässiger, langlebiger und effektiver.
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Vorteile der progressiven Hydrostatik von HYPROSTATIK gegenüber der „normalen“ Hydrostatik anderer Lieferanten
Berechnungsprogramme
Der Fa. Hyprostatik stehen exklusiv umfangreiche und vielfach geprüfte Berechnungsprogramme für die Berechnung und Optimierung von Linearführungen, Spindel-lagerungen, Rundtischen, Mittenlagerungen und Sonderausführungen zur Verfügung. Mit diesen Programmen können nicht nur die Daten hydrostatischer Komponenten gegenüber statischen Belastungen wie Steife, Belastbarkeit, Belastungsreserve, Reib- und Pumpenleistung minimale Spaltgröße bei Maximalbelastung …., sondern auch Dämpfungswerte in abhängig von der Erregerfrequenz wie Energieabsorbtionsleistung, Schwingamplituden …. berechnen und also optimieren.
- Folgende hydrostatische Komponenten können berechnet und optimiert werden:
- Zylindrische hydrostatische Radiallager mit Definition der Lagerung für eine vorgegebene radiale Lagersteife und eine vorgegebene maximale radialen Belastung
- Hydrostatische Axiallager auch mit zwei gegeneinander wirkenden Lagern mit Definition nicht nur der Axialsteife und -belastbarkeit, sondern auch der Momentsteife und -belastung sowie der Schiefstellung aufgrund der gegebenen Momentbelastung sowie der minimalen Spaltgröße bei maximaler Momentbelastung
- Komplette Spindellagerungen mit Berechnung der Lagerbelastungen, des Anteils der vorderen und hinteren Lagerung, des Spindelteils zwischen den beiden Radiallagern und des ausragenden Spindelteils an der radialen Nachgiebigkeit am Angriffspunkt einer radialen Belastung. Weiter die Schiefstellungen der Spindel in den beiden Radiallagern, den optimalen Lagerabstand oder die Daten für einen vorgegebenen Lagerabstand
- Rundtische
Die Lagerung von Rundtischen besteht in der Regel aus nur einem Radiallager und einem „doppelten“ Axiallager, welches die Axial- und Momentbelastungen aufnimmt. Da wir mit unseren Berechnungsprogrammen auch die Belastbarkeit einer Axiallagerung und deren Momentsteife berechnen können, ist es uns möglich, optimale Rundtischlagerungen für vorgegebene Radial-, Axial- und Momentbelastungen sowie verschiedene, auch hohe Drehzahlen zu definieren und hierbei, neben anderen Daten auch die zu erwartende Radial-, Axial- und Momentsteife anzugeben. - Linearführungen
Für Linearführungen können wir mit unseren Berechnungsprogrammen auch einzelne Taschen ohne Umgriff berechnen. Solche Taschen können nur für die Führung von Schlitten eingesetzt werden, welche durch ihr Eigengewicht auf dem Maschinenbett gehalten werden. Mittels unseren PM-Reglern erhalten wir vielfach auch ohne einen Umgriff eine hohe Steife. Die Steife solcher Schlittenführungen kann ohne Umgriff durch große, fluidumspülte Taschen zwischen den Hydostatiktaschen, aus welchen wir mittels einer kleinen Strahlpumpe Fluid absaugen und dadurch einen Unterdruck von ca. 0,9 bar in diesen Taschen erzeugen, verdoppelt oder mehrfach erhöht werden. Genügt trotzdem die Steife nicht oder sind abhebende Kräfte zu kompensieren, so sind Führungen mit Umgriff, also mit zwei gegeneinander wirkenden Taschen erforderlich. Auch für solche Taschenpaare stehen Computerberechnungsprogramme zur Verfügung, mittels derer alle relevanten Daten gegenüber statischer und dynamischer Belastung solcher Taschenpaare berechnet werden.
Mittels dieser Programme, mit welchen alle relevanten Daten hydrostatischer Komponenten mit hoher Präzision berechnet werden können, ist es möglich, hydrostatische Komponenten gegenüber statischen und dynamischen Belastungen (Dämpfung) optimal zu gestalten.
PM-Regler (Progressiv-Mengen-Regler)
Nach unserem Kenntnisstand stehen die PM-Regler in ihrer verschleiß- und hysterese-freien, rein mechanisch nur durch den Differenzdruck zwischen dem Eingangsdruck (= Pumpendruck) und dem Ausgangsdruck (=Taschendruck) gesteuerten Ausführung nur uns zur Verfügung.
Dieser Regler misst zunehmend belasteten Hydrostatiktaschen einen höheren, entlasteten Taschen aber einen geringeren Ölstrom zu. Der Ölstrom durch den Regler wird also mit kleiner werdendem Differenzdruck über den Regler größer, mit größerem Differenzdruck über den Regler kleiner.
Durch den Regler wird also stärker belasteten Hydrostatiktaschen ein höherer, geringer belasteten Taschen ein verminderter Ölstrom zugemessen.
Dieses Verhalten wird mittels zwei Drosselstellen in jedem Regler erreicht, von welchen eine mittels einer elastischen, hysterese- und verschleißfreien Verformung den Differenzdruck über die zweite Drosselstelle in der gewünschten Weise modifiziert, so dass dieses gewünschte Verhalten der Regler erreicht wird.
Konkurrenten wenden üblicherweise anstelle des Reglers Kapillaren an.
PM-Regler (Progressiv-Mengen-Regler)
Nach unserem Kenntnisstand stehen die PM-Regler in ihrer verschleiß- und hysterese-freien, rein mechanisch nur durch den Differenzdruck zwischen dem Eingangsdruck (= Pumpendruck) und dem Ausgangsdruck (=Taschendruck) gesteuerten Ausführung nur uns zur Verfügung.
Dieser Regler misst zunehmend belasteten Hydrostatiktaschen einen höheren, entlasteten Taschen aber einen geringeren Ölstrom zu. Der Ölstrom durch den Regler wird also mit kleiner werdendem Differenzdruck über den Regler größer, mit größerem Differenzdruck über den Regler kleiner.
Durch den Regler wird also stärker belasteten Hydrostatiktaschen ein höherer, geringer belasteten Taschen ein verminderter Ölstrom zugemessen.
Dieses Verhalten wird mittels zwei Drosselstellen in jedem Regler erreicht, von welchen eine mittels einer elastischen, hysterese- und verschleißfreien Verformung den Differenzdruck über die zweite Drosselstelle in der gewünschten Weise modifiziert, so dass dieses gewünschte Verhalten der Regler erreicht wird.
Konkurrenten wenden üblicherweise anstelle des Reglers Kapillaren an.
Steife
Die Steife hydrostatischer Komponenten mit Kapillaren ist vielfach ungenügend. Mittels unserer PM-Regler kann gegenüber Kapillarenlösungen vier bis fünffache Steife erreicht werden. Hierdurch sind vielfach höhere Steifen wie mit Wälzelementen möglich und auch Führungen ohne Umgriff, wobei wir schon seit Jahrzehnten eine Lösung mit Unterdrucktaschen zwischen den Hydrostatiktaschen anbieten, aus welchen mit einer einfachen Strahlpumpe Öl abgesaugt wird, wodurch ein Unterdruck von ca. 0,9 bar erzeugt wird und bei manchen Lösungen kein Umgriff benötigt wird. Auch ist es aufgrund dieser hohen Steife nur uns gelungen, einen Gewindetrieb mit hydrostatisch gelagerter Mutter zu entwickeln und zu liefern, welcher vom WBK Karlsruhe mit gegenüber gleich großen Kugelgewindetrieben doppelter Steife zwischen Mutter und Gewindespindel vermessen wurde.
Der größte bisher gelieferte Gewindetrieb ist mit einem Spindeldurchmesser 125 mm für 340 kN zulässige Belastung ausgelegt und in einer Räummaschine in Untertürkheim eingesetzt. Der erste dieser Gewindetriebe wurde nach ca. 9 Jahren irreparabel beschädigt, nach dem die Steuerung der Maschine ausgefallen ist und der Motor die Maschine demoliert hat. Sein Nachfolger ist seit ca. 7 Jahren im Einsatz.
Verschleißfreiheit
Hydrostatische Komponenten vermeiden die Berührung zwischen bewegten und stationären Maschinenteilen. Dadurch wird Verschleiß verhindert, wodurch folgendes erreicht wird:
- Die Komponenten behalten ihre Funktion und Präzision über die gesamte Nutzungsdauer, also über Jahre und Jahrzehnte, unverändert bei
- die Verfügbarkeit und Produktivität wird gesteigert
- die Nutzungs- und Lebensdauer wird deutlich verlängert
- die Ausfall- und Instandhaltungskosten werden deutlich vermindert
Reibungscharakteristik
- Die Reibkraft ist auch bei schwersten Maschinenteilen sehr klein und streng proportional der Geschwindigkeit. Dadurch werden insbesondere bei Umkehr der Bewegungsrichtung eine Linearschlittens Positionsfehler vollkommen vermieden und auch Schleppfehler sind nahezu ausgeschlossen. Positionsfehler von Linearführungen und auch Rundtischen werden so weitgehend vermieden und die Bahntreue dieser Komponenten ist sehr hoch.
- Stick-Slip wird auch bei hohen Belastungen zuverlässig vermieden
- Schlittenantriebe sind praktisch nur für ausreichende Beschleunigungen und Bearbeitungskräfte auszulegen und also aufgrund der vernachlässigbar geringen Reibkraft kleiner und kostengünstiger zu definieren
Optimale Dämpfung
- Die Schwingungsdämpfung von von uns optimierten hydrostatischer Komponenten ist in der Regel eine Zehnerpotenz, vielfach insbesondere bei niedrigen Erregerfrequenzen auch mehrere Zehnerpotenzen höher wie die von Wälzelementen.
Hyprostatik optimiert mittels seiner Berech-nungsprogramme die Dämpfung, wodurch die entscheidende „Dämpfungsabsorbtions-leistung“ auch gegenüber nicht optimierten hydrostatischen Komponenten durchaus zehnfach größer wird. - Verständlich wird dies, wenn man weiß, das die Dämpfkraft bei höheren Erreger-frequenzen proportional der Viskosität und der dritten Potenz der Stegbreite sowie umgekehrt proportional der dritten Potenz der Spalthöhe ist. Durch optimale Wahl insbesondere der Stegbreiten und Spaltgrößen kann also die Dämpfkraft in sehr hohem Maße optimiert werden.
- Durch eine hohe Dämpfung, also besser Dämpfungsabsorbtionsleistung ergibt sich höhere Universalität, da aufgrund höherer Oberflächenqualität, Dämpfung und Formgenauigkeit der Werkstücke breiterer Einsatz und eventuell auch Hartbearbeitung möglich ist, da das regenerative Rattern weitgehend vermieden wird.
Temperaturstabilität
- Durch Rückkühlung des Hydrostatiköls vor Eintritt in die Maschine, möglichst etwas unter Raum- oder Gestelltemperatur der Maschine wird nicht nur Wärmeeintrag in die Maschine weitgehend vermieden, sondern die Maschine auch auf konstante Temperatur gehalten. Hierdurch kann auf thermosymmetrische Konstruktion verzichtet werden. Auch wird hierdurch eine Wärmetrift nach dem Einschalten der Maschine nahezu vollständig vermieden.
- Auch bei sehr schnell laufenden Spindellagerungen ist dies möglich.
- Hierdurch tritt nur ein sehr geringer Wärmegang der Maschine auf. Wird die Kühlung erst aktiviert, wenn die Beharrungstemperatur des Fluids erreicht ist, so wird die schon kurze Warmlauffase nochmals sehr verringert
Laufqualität und Bahntreue
- Durch die integrierende Wirkung der Hydrostatik werden Fehler von Führungsbahnen, welche kürzer wie die Hydrostatiktaschen sind, nahezu vollkommen eliminiert.
- Rund- und Axiallauffehler kleiner 0,1 µm sind auch bei hohen Drehzahlen über den gesamten Drehzahlbereich möglich. Rundlauffehler von 30 nm wurden schon geliefert.
- Die Laufqualitäten bleiben aufgrund der Verschleißfreiheit über die gesamte Nutzungsdauer unverändert.
Weitere Möglichkeiten
- Durch Messen der Taschendrücke ist eine Überwachung der Maschine und der Belastungsgrenzen möglich sowie auch z.B. eine Überwachung des Werkzeugverschleißes.
- Weiter lässt ein zylindrisches hydrostatisches Radiallager sowohl Dreh- als auch lineare Bewegungen der Welle in der Lagerbohrung zu, so dass (zum Beispiel wie bei einer rotierenden Reitstockpinole) auf eine zusätzliche Linearführung verzichtet werden kann. Mit Wälzlagerungen besteht diese Möglichkeit nicht.