DE3024150C2

DE3024150C2 - Hydrostatisch entlasteter Führungsmechanismus für eine Maschine

Info

Publication number: DE3024150C2
Application number: DE3024150A
Authority: DE
Inventors: Yuji Tokio/Tokyo Furukawa; Makoto Kanagawa Sato
Original assignee: Makino Milling Machine Co Ltd
Current assignee: Makino Milling Machine Co Ltd
Priority date: 1980-03-06
Filing date: 1980-06-27
Publication date: 1985-05-23
Also published as: DE3024150A1; JPS56126547A; US4351574A

Description

servergrößerten Teil der Ventilbohrung angeordnet ist and mit dieser einen den Sensorrückdruck aufnehmenden Druckraum bildet Eine weitere Druckkammer ist zwischen einem mittleren Kolbenbereich und der zweiten endseitigen kolbenartigen Verdickung gebildet; diese Druckkammer nimmt den vollen Druck des Druckmediums auf und bildet gleichzeitig Steuerkanten in Verbindung mit dem zweiten endseitigen Kolben, um aus der mittleren Druckkammer das Druckmedium entsprechend geregelt mit niedrigerem Druck zu den Gleitflächen dfci hydrostatischen Lagers zu entlassen. Dabei dient der mittlere verjüngte Kolbenteil lediglich als Drucksperre für den zentralen Druckraum des Regelventils und verhindert, daß eine gegenseitige Beeinflussung von Rückdruck und hohem Vorratsdruck über den ersten, vergrößerten endseitigen Kolben erfolgt Daher ist auch die andere Seite des auf der einen Seite mit dem Sensorrückdruck beaufschlagten vergrößerten Kolbens gegenüber der Atmosphäre entlüftet Bei diesem bekannten, allerdings voll entlasteten hydrostatischen Führungsmechanismus ist der Aufbau des erforderlichen Regelventils kompliziert und macht eine Vielzahl von Reibungseinflüssen unterworfenen Gleitflächen im Ventilbereich erforderlich. Die vollständig lose Lagerung des Ventilschiebers mit seinen verschiedenen kolbenartigen Verdickungen ergibt Undefinierte Anfangsbedingungen; außerdem müssen zur Erzeugung eines zur Ausbalancierung des Regelventils erforderlichen Rückdrucks gesonderte Hilfsgleitlager vorgesehen sein, die einen besonders hohen Bearbeitungsstandard aufweisen. Während die Rückdruckgewinnung nur über diese Hilfsgleitlager erfolgt, wird das die Druckentlastung der Gleit- oder Führungsflächen bewirkende Druckmittel im gesamten Bereich der sich gegenüberliegenden Gleitflächen zugeführt. Es ist nicht auszuschließen, daß sich durch diese Trennung in mit dem Primärdruck beaufschlagte Flächen und in die Rückdruckzuführung steuernde Flächen Ungleichmäßigkeiten ergeben, insbesondere, wenn elastische Deformationen auftreten, die bei größeren Führungsflächen auftreten können, bei sehr hochgenau arbeitenden Maschinen aber zu Genauigkeitsproblemen führen können.

Ein weiterer lastkompensierter Führungsmechanismus ist aus der JP-A 2 54-12 6850 bekannt und führt aufeinandergleitenden Führungs- und Gleitfiächen einer stationären Basis und eines beweglichen Maschinenteils über ein Druckregelventil Druckluft zu. Auch hier erfolgt eine Einstellung auf sich ändernde Belastungen durch Auswertung eines Rückdrucks. Die Steuerung der Druckluftzufuhr im Primärbereich der Gleitflächen erfolgt über eine im Druckregelventil angeordnete Membran, mit welcher ein Ventilglied fest verbunden ist. Das Ventilglied ist so ausgebildet, daß es als Tellerventil lediglich eine Druckzufuhr freigeben oder sperren kann, wobei der einen Seite der mit dem Ventilglied verbundenen Membran der Rückdruck unmittelbar und der anderen Seite über eine Parallel- und Reihenschaltung von Drosseln zugeführt ist. Ferner ist eine Vorspannungsfeder für die Membran vorgesehen. Bei einem solchen Druckregelventil können sich, wie Untersuchungen ergeben haben, Unregelmäßigkeiten in der Primär-Druckluftsteuerung deshalb ergeben, weil Unterschiede in der jeweiligen Federkonstanten der Membranvorspannungsfeder, Unterschiede aufgrund des wegproportionalen Kraftanstiegs im Federbereich und Undefinierter Druckverhältnisse im Bereich des Tellerventils dazu führen, daß Laständerungen zwar in Richtung einer Kompensation aufgefangen werden, jedoch gegebenenfalls so unterschiedlich, daß konstante Abstände zwischen den aufeinandergleitenden Flächen über einen weiten Lastbereich nicht erzielt werden können.

Ein weiteres schwerwiegendes Problem dieses bekannten Führungsmechanismus besteht darin, daß die übliche Verwendung einer Vieizahl solcher Druckregelventile — bei entsprechend großen Fühmngsflächen — Unterschiede in der primären Druckzutührung bewirkt,

ίο so daß das bewegliche Maschinenteil einseitig ins Hängen kommen kann und hierdurch auch elastische Deformationen sowie unterschiedliche Reibungseinflüsse auftreten können. Daher ist bei sehr hochgenau arbeitenden Werkzeugmaschinen dann eher ein völliger Verzieht auf lastkompensierte Führungsmechanismen sinnvoll

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den eingangs genannten, aus der GB-PS 9 06 818 bekannten lastkompensierten Führungsmechanismus so zu verbessern, daß eine schnelle, reibungsfreie Reaktion des oder der Druckregler eine einwandfreie und gleichmäßige, hochgenaue primäre Druckmediumsteuerung sicherstellt vorzugsweise unter optimierten Rückdruckgewinnungs-Bedingungen.

Die Erfindung löst diese Aufgabe mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs und hat den Vorteil, daft bei unkompliziertem Aufbau des Druckregelventils lediglich ein in einer durchgehend einen konstanten Durchmesser aufweisenden Ventilbohrung gleitender Ventilschieber vorgesehen ist, der an seinem einen Endbereich an einer Membran befestigt, von dieser gehalten und angetrieben ist Die Membran ist beidseitig druckbeaufschlagt und daher unter Verzicht auf eine gesonderte Federvorspannung sicher und definiert gehalten.

Vorteilhaft ist ferner, daß die Steuerkanten Ventilschieber/Ventilbohrung unmittelbar den Einlaßbereich des unter hohem Druck der Druckvorratsquelle stehenden Druckmediums einer Regelung unterwerfen, so daß sich im ganzen Bewegungsbereich des Ventilschiebers lediglich geregelte Drücke auswirken können und eine unmittelbare Beaufschlagung der der membranangetriebenen Stirnseite gegenüberliegenden Stirnseite des Ventilschiebers zugeordneten Druckkammer durch einen internen Verbindungskanal im Ventilschieber möglich ist.

Da die Regelung des den Gleitflächen zugeführten Primärdrucks unabhängig von Federeinflüssen, Reibungseinflüssen im Bereich des Regelventils und sonstigen Alterungseinflüssen ist, gelingt es auch bei Anordnung mehrerer Druckregler mit jeweils eigenen Rückdrucksensoren, eine vollkommen gleichmäßige Primärdrucksteuerung über den gesamten Flächenbereich zu erreichen und sicherzustellen, daß sich weder ein Hängen noch eine elastische Deformation des beweglichen Maschinenteils ergeben können.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Führungsmechanismus möglich Besonders vorteilhaft ist die Rückdruckgewinnung dadurch, daß in einem vorgegebenen Abstand zur Luftausflußöffnung im Bereich der Rückdruckerzeugung eine definierte, über einen Kmal entlüftete Entlüftungsöffnung angeordnet ist.

Hierdurch wird vermieden, daß der Rückdruckaufbau unbestimmt durch Abfluß des Druckmediums über die Randbereiche der aufeinandergleitenden Flächen erfolgt, die sich je nach Position auch ändern können.

Durch die Verwendung eines praktisch rückstellfreien Gummiinaterials für die Membran ergeben sich beeinflussungsfreie und konstante Verstärkungseigenschaften jedes eingesetzten Druckregelventils.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Dabei zeigen die

Fig. la bis Ie vergrößerte und zum Teil schematische Darstellungen des Verlaufs von Kontaktflächen an der Führungsfläche der Maschinenbasis bzw. am beweglichen Maschinenteil, welches auf dieser gleitet, wobei auch Formen bekannter Führungsmechanismen dargestellt sind,

F i g. 2 in sch ematischer Darstellung und teilweise im Schnitt eine Ausführungsform eines lastkompensierten FührungsmechanismuS, der beliebigen maschinen mit Gleitfunktionen zugeordnet werden kann,

Fig.3 eine schematische Darstellung entsprechend dem Ausführungsbeispiel der F i g. 2, jedoch in einem Zustand, bei welchem auf dem beweglichen Maschinenteil eine Last einwirkt,

F i g. 4 eine Draufsicht auf die Gleitflächen eines Maschinensattels, der so ausgebildet ist, daß er in Form eines lastkompensierten erfindungsgemäßen Führungsmechanismus einen beweglichen Maschinenteil sicher und genau zur Durchführung einer Gleitbewegung lagert, und die

F i g. 5 in Form eines Diagramms den Verlauf des erforderlichen Antriebsmomentes bei einem erfindungsgemäßen Führungsmechanismus, verglichen mit einem Führungsmechanismus herkömmlicher Art wenn sich eine Änderung in der Belastung des beweglichen Maschinenteils erg ibt.

In den F i g. 1 a bis 1 e sind verschiedene Kontakt- oder Berührungszustände eines beweglichen Maschinenteils 9a und einer Fiiihrungs- oder Gleitfläche 8a, jeweils im größeren MaßiStab, dargestellt, wobei der bewegliche Maschinenteil ¹Sa auf der Führungsfläche 8a gleitet. Im allgemeinen ist bei entsprechenden Maschinen entweder die Kontaktfläche des beweglichen Maschinenteils 9a oder die Führungsfläche 8a die Oberfläche, die in der üblichen Weise: Härtungs- und Vergütungsarbeitsgängen unterworfen wird, während die andere Fläche in der bekannten Weise geschabt wird. Bei der Darstellung der Fi g. la bis Ie handelt es sich bei der Kontaktfläche des beweglichen Maschinenteils 9a um die erwähnte geschabte Oberfläche, während die Kontaktfläche der Führungsfläche 8a geschliffen, vergütet und gehärtet ist. Daher verfügt die Kontaktfläche des beweglichen Maschinenteils 9a über eine Vielzahl von Vorsprüngen, während andererseits die Kontaktfläche der Führungsflächc Sä glaii iiifid häri isL Wenn jcdüCh beim Betrieb der bewegliche: Maschinenteil 9a wiederholt auf der Führungsfläche 8a gleitet, pressen sich die Vorsprünge der Kontaktfläche des beweglichen Maschinenteils 9a gegen die harte Kontaktfläche der Führungsfläche 8a unter der Wirkung sowohl des Gewichtes des beweglichen Maschinenteils selbst als auch einer zusätzlichen Belastung, die sich am beweglichen Maschinenteil 9a ergibt Als Folge davon ergibt sich eine allmähliche und elastische Deformierung der Vorspränge in abgeflachte Vorsprünge. Be:i einem üblichen, in Fig. ie gezeigten Führungsmechamismus vom dynamischen Drucktyp v/erden während der Gleitbewegung des beweglichen Maschinenteils 9a das Gewicht dieses Maschinenteils und die gesamte, sich auf dieses Maschinenteil auswirkende weitere Belastung direkt von den Vorsprüngen der Kontaktfläche des bewglichen Maschinenteils 9a getragen. Bei dem in Fig. la gezeigten Führungsmechanismus vom üblichen statischen Drucktyp befindet sich ein unter Druck stehendes Fluidum oder Druckmedium zwischen den Kontaktflächen des beweglichen Maschinenteils 9a und der Führungsflächen 8a, so daß das bewegliche Maschinenteil 9a über die Kontaktfläche der Führungsfläche 8a vom statischen Druck des unter Druck stehenden Fluidums angehoben ist. Daher ergibt sich in diesem Fall keine direkte Berührung zwisehen der Kontaktfläche des beweglichen Maschinenteils 9a und der Kontaktfläche der Führungsfläche 8a. Bei dem in den F i g. 1 b bis Id gezeigten lastkompensierten Führungsmechanismus wird ein unter Druck stehendes Fluidum verwendet, welches zwischen die Kontaktflächen des beweglichen Teils 9a und der Flührungsfläche Sa eingeführt ist, so daß der statische Druck dieses Fluidums auf den beweglichen Maschinenteil 9a eine Hebekraft (lifting force) ausübt, die kleiner ist als die Summe der Gewichte des Maschinenteils 9a und der sich auf dieses Maschinenteil auswirkenden Belastung und die sich in einer Richtung senkrecht zur Kontaktfläche der Führungsfläche 8a auswirkt. Daher ergibt sich während einer Gleitbewegung des beweglichen Maschinenteils 9a ein partieller direkter Kontakt zwischen der Kontaktfläche des beweglichen Maschinenteils 9a und der Kontaktfläche der Führungsfläche 8a. Als Folge hiervon wird das obenerwähnte Gesamtgewicht des beweglichen Maschinenteils 9a und der senkrechten, auf dieses Maschinenteil einwirkenden Belastung sowohl von dem unter Druck stehenden Fluidum als zuch von der Führungsfläche 8a getragen. Der Verlauf der Fig. Ib stellt den Fall dar, bei welchem der statische Druck des Fluidums vergleichsweise groß und die von der Führungsfläche 8a auf den beweglichen Maschinenteil 9a direkt ausgeübte Tragekraft vergleichsweise gering ist Daher ist auch das Ausmaß der elastischen Verformung δ 1 der Vorsprünge der Kontaktfläche des beweglichen Maschinenteils 9a ebenfalls gering. Andererseits zeigen die F i g. Ic und Id zwei Fälle, bei denen der statische Druck des Fluidums vergleichsweise gering und daher die Tragekraft der Führungsfläche 8a relativ groß ist. In den Fällen der Fig. Ic und Id ist daher das Ausmaß der elastischen Verformungen δ 2 und δ 3 der Vorsprünge der Kontaktfläche des beweglichen Maschinenteils 9a vergleichsweise groß. Darauf hinzuweisen ist, daß im Fall des dynamischen Drucktyp-Führungsmechanismus der Fig. Ie das Ausmaß der elastischen Verformung δ 4 der Vorsprünge der Kontaktfläche des beweglichen Maschinenteils 9a vergleichsweise groß ist, verglichen mit dem lastkompensierten Führungsmechanismus, wie in den F i g. 1 b bis 1 d gezeigt Im folgenden wird ein Ausfuhrungsbeispiel vorliegender Erfindung in Form eines lastkompensierten Führungsmechanismus anhand der Darstellung der F i g. 2 genauer erläutert In der Darstellung der F i g. 2 ist ein beweglicher Maschinenteil 13 auf einer Führungsfläche einer Maschinenbasis 11 so montiert, daß der bewegliche Maschinenteil auf dieser Führungsfläche gleiten kann. Der bewegliche Maschinenteil 13 verfügt über eine Gleitfläehe, in welche eine Mündung 15 für ein Fluidum und ein Zufuhrdurchlaß 17 für das Fiuidum eingeformt sind, so daß ein unter Druck stehendes Fluidum oder Druckmedium, welches im allgemeinsten Fall ein Gas oder eine Flüssigkeit sein kann, durch den Durchlaß 17 und die Mündung 15 gegen die Führungsfläche der Maschinenbasis 11 strömen kann. Die Gleitfläche des beweglichen Maschinenteils 13 ist weiterhin noch mit einer Öffnung 19 für den Zufluß des Druckmediums und einem Zu-

fuhrdurchlaß 21 für dieses ausgestattet, wobei der Durchlaß 21 in die öffnung 19 einmündet. In der Gleitfläche des beweglichen Maschinenteils 13 befinden sich schließlich noch eine Auslaßöffnung 23 für das Druckmedium und ein Durchlaß 25, dessen eines Ende mit der Auslaßöffnung 23 verbunden und dessen anderes Ende zur Atmosphäre entlüftet ist. Die öffnung 19 und der Durchlaß 21 für das Druckmedium sind vorgesehen, um eine geringe vertikale Verschiebung des beweglichen Maschinenteils 13 von der Führungsfläche der Maschinenbasis 11 dadurch festzustellen, daß eine Veränderung im Rückdruck des unter Druck stehenden Druckmediums erfaßt wird. Mit anderen Worten, es wird ein unter Druck stehendes Druckmedium mit einem voreingestellten Druck von außen zugeführt, wobei dann die-

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9iV3 i-/l UVlVIIl^UIUlll UUIUI UUll L*rUI l*lliaiJ Xl UHU UlC WiI-nung 19 gegen die Führungsfläche der Basis 11 strömt. Die Auslaßöffnung 23 ist dabei so angeordnet, daß sie die öffnung 19 umgibt, beispielsweise ringförmig. Daher tritt das unter Druck stehende und aus der öffnung 19 strömende Druckmedium durch die Auslaßöffnung 23 und durch den Durchlaß 25 in die Atmosphäre über. Die weiter oben ewähnte Einmündung 15 für das Druckmedium erhält dabei das Druckmedium von einer Quelle 51 über einen Druckregler 29 und den erwähnten Zufuhrdurchlaß 17 zugeführt Der Druckregler 29 regelt verstärkt oder reduziert dabei den Druck des Druckmediums. Der jeweilige Druck wird von einem Druckanzeiger oder Druckmeßgerät 57 angezeigt Die das Druckmedium enthaltende Druckquelle 51 oder der Vorratsbehälter 51 führt ebenfalls der öffnung 19 das unter Druck stehende Druckmedium über einen Druckregler 55 und den Zufuhrdurchlaß 21 zu. Dabei wird der Druck dieses der öffnung 91 zugeführten Fluidums auf einen vorgegebenen Druckwert Pso durch eine entsprechende Regulierung des Druckreglers 55 eingestellt. Der Druckregler 29 verfügt über ein Gehäuse 31, in welchem zwei durch eine Membran oder ein Diaphragma 37 getrennte Druckräume 33 und 35 für das Druckmedium gebildet sind. Der Druckraum 33 weist eine Öffnung 33a auf, in dem Druckraum 35 befindet sich eine Öffnung 35a. Das Gehäuse 31 nimmt einen Ventilschieber 39 auf, dessen oberes Ende an der Membran 37 befestigt ist und der so ausgebildet ist daß er in einer Ventilbohrung 49 eine axiale Verschiebebewegung durchführen kann, und zwar als Folge einer Membranverschiebung. Die Ventilbohrung 49 verfügt über einen abgeschlossenen Bodenteil. Unterhalb des unteren freien Endes 45 des Ventilschiebers 39 befindet sich eine zweite Druckkammer 49a, gebildet von den Seitenwänden der Ventilbohrung 49 und deren Boden. Der Ventilschieber 33 ist so ausgebildet, daß sein miulerer Bereich über eine Verengung oder ringförmige Ausnehmung 41 mit einem geringeren Durchmesser verfügt Auf diese Weise wird zwischen der Ausnehmung 41 des Ventilschiebers 39 und der Seitenwand der Ventilbohrung 49 eine erste Druckkammer 47 gebildet. Die Druckkammer 47 ist mit der schon erwähnten unteren oder zweiten Druckkammer 49 über einen Durchlaß oder Verbindungskanal 43 im Ventilschieber 39 verbunden. Das Gehäuse 31 ist weiterhin so ausgebildet, daß es über einen Einlaßkanal 47a und einen Auslaßkanal 47b verfügt, die beide bis zur Ventilbohrung 49 geführt sind. Das auf einen vorgegebenen Dmckwert P₀ eingestellte, unter Druck stehende Fluidum gelangt dann von der Quelle 51 in die Kammer 47, und zwar über den Einlaßkanal 47a. Dabei ist der Einlaßbereich des Einlaßkanals 47a, der sich zur Ventilbohrung 49 öffnet, so ausgebildet, daß er von dem Ventilschieber 39 im Übergang entweder verschlossen oder geöffnet sein kann. Das heißt mit anderen Worten, daß sich der Einlaßbereich des Einlaßkanals 47a als Folge der Gleitbewegung des Ventilschiebers 39 verändert. Das unter Druck stehende, durch den Einlaßkanal 47a in die Ventilbohrung 49 strömende Druckmedium wird daher einer sogenannten Drosselwirkung unterworfen, und zwar durch die Gleitbewegung des Ventilschiebers 39. Das in die Ventilbohrung

ίο 49 einfließende Druckmedium wird dann zum beweglichen Maschinenteil 13 weitergeführt, und zwar über die Kammer 47, den Auslaßkanal 47b und eine Verbindungsleitung, die den Druckregler 39 und den beweglichen Maschinenteil 13 verbindet. Der Ventilschieber 39 weist außerdem angrenzend zur Ausnehmung 41 eine sich verjüngende, also konisch zulaufende Veniilfiächt: 41a auf. Dieser sich verjüngende Stegbereich 41a ist in der Weise wirksam, daß er allmählich den Öffnungsbereich des Einlasses des Einlaßkanals 47a verändert. Auf diese Weise lassen sich eine plötzliche Änderung im Öffnungsbereich des Einlaßkanals 47a und entsprechende Drucksprünge vermeiden.

Alternativ ist es aber, falls erforderlich, möglich, die sich allmählich verjüngende Ventilfläche 41a des Steuerschiebers 39 auch durch einen abgetreppten Ventilbereich zu ersetzen, der dann in der Weise wirksam ist, daß sich ein plötzlicher Änderungszustand im Öffnungsbereich des Einlaßkanals als Folge der Gleitbewegung des Ventilschiebers 39 ergibt. Die Membran 37, die die beiden Druckräume 33 und 35 trennt, besteht bevorzugt aus einem gummiartigen, dünnen Material, einem Film od. dgl. mit einer vergleichsweise geringen Federkonstanten. Die Gleitbewegung des Ventilschiebers 39 ist weiterhin durch Anschläge 50a und 50fc begrenzt, die an beiden Enden des Ventilschiebers 39 angeordnet sind, wie die Zeichnung zeigt Daher ist auch die Membranbewegung auf ein entsprechendes Ausmaß begrenzt, so daß eine Beschädigung oder ein Bruch der Membran 37 vermieden wird und diese dagegen geschützt ist Bei dem in F i g. 2 gezeigten Ausführungsbeispiel bestehen die Anschläge 50a und 50b aus Schrauben, die einstellbar in das Gehäuse 31 an Stellen eingeschraubt sind, die den beiden Enden des Ventilschiebers 39 gegenüberliegen. Das Gehäuse 31 ist weiterhin mit einer ringförmigen Nut 40 — im Bereich der Ventilbohrung 49 — und einem Durchlaß 40a ausgestattet, dessen inneres Ende an die ringförmige Nut 40 anschließt und dessen äußeres Ende zur Atmosphäre entlüftet ist. Die ringförmige Nut 40 und der Durchlaß 40a sind zwischen dem Druckraum 35, der mit dem auf einen Druckwert Ps ι eingestellten Druckmedium gefüllt ist, und dem Druckraum *7 ängcüruiici, ucr äiigciüiit iSt ΓΠϊΐ ucfPi üiltcf LyPuCiC stehenden Druckmedium bei einem Druckwert von P_r. Daher kann das Druckmedium, welches entweder vom Druckraum 35 oder dem Druckraum 37 in den Gleitkontaktbereich zwischen dem Ventilschieber 39 und der Seitenwand der Ventilbohrung 49 einleckt, über die Nut 40 und den Durchlaß 40a zur Atmosphäre abfließen. Eine einwandfreie und weiche Gleitbewegung des Steuerschiebers 39 in der Ventilbohrung 49 ist somit sichergestellt

Bei diesem Druckregler 29 wird dem Druckraum 35 ein unter Druck stehendes Druckmedium mit einem Druckwert von Ps ι über eine entsprechende Einmündung, eine Zuflußleitung 35a und einen Druckregler 53 zugeführt Der Kammer 47 wird über den Einlaßkanal 47a das Druckmedium mit einem Druckwert P₀ zugeführt Dabei wird das dieser Kammer 47 zugeführte

Druckmedium der Drosselwirkung des Ventilschiebers 39 unterworfen, so daß sich eine Änderung des Druckwertes von Po auf P_r ergibt. Anschließend gelangt dann, wie schon erwähnt, aus der Kammer 47 das Druckmedium zur Auslaßmündung 15 des beweglichen Maschinenteils 13, und zwar über den Auslaßkanal 476, vorbei am Druckanzeiger 57 zur Verbindungsleitung und dann zum Zufuhrdurchlaß 17. Außerdem wird das unter Druck stehende Druckmedium in der ersten Kammer 47 der zweiten Kammer 49a zugeführt, und zwar durch den Durchlaß 43 im Steuerschieber 39. Schließlich gelangt von der Quelle 51 unter Druck stehendes Druckmedium mit einem Druckwert von Pso zur öffnung 19 im beweglichen Maschinenteil, und zwar über den Druckregler 55, eine Zuflußleitung und den Zufuhrdurchlaß 21. Dieses auf dem Druckniveau P$n stehende Druckmedium wird über eine Verbindungsleitung, die von der die Quelle 51 mit dem Durchlaß 21 verbindenden Leitung abzweigt, auch dem Druckraum 33 zugeführt, der einseitig von der Membran abgeschlossen ist

Es ergibt sich dann die folgende Funktion des ersten Ausführungsbeispiels eines lastkompensierten Führungsmechanismus entsprechend der Darstellung der Fig. 2.

Zunächst wird festgelegt, welchen Prozentsatz des Gewichtes W des beweglichen Maschinenteils 13 von dem statischen Druck des unter Druck stehenden Druckmediums getragen werden soll, welches zwischen der Gleitfläche des beweglichen Maschinenteils 13 und der Führungsfläche der Maschinenbasis 11 zugeführt wird. Unter der Annahme, daß 50% des Gewichtes des beweglichen Maschinenteils 13 von dem statischen Druck getragen werden sollen, ergibt sich, daß die restlichen 50% des Gewichtes direkt von der Führungsfläche der Maschinenbasis 11 übernommen werden. Anschließend wird dann der tatsächliche Druckwert oder Istdruckwert P_r des Druckmediums durch Rechnung bestimmt, so daß das Produkt der effektiven, den Druck aufnehmenden, an die Einmündung 15 angrenzenden Fläche und des tatsächlichen Druckwertes P_r gleich ist der Hälfte des Gewichtes W des beweglichen Maschinenteils 13. Anschließend wird nach Berechnung dieses tatsächlichen Druckwertes P_r von Hand die Einstellung der Druckregler 53 und 55 so vorgenommen, daß die Position des Ventilschiebers 39 in der Ventilbohrung 49 eingestellt wird und der Druckanzeiger 57 den Druckwert P_r anzeigt. Nach Vollendung dieser manuellen Einstellungen der Druckregler 53 und 55 läßt sich die folgende Gleichung (1) erstellen.

Maschinenbasis 11 aufgrund der elastischen Deformation der Vorsprünge der Gleitfläche des beweglichen Maschinenteils 13. Als Folge davon verändert sich der Rückdruck des Druckmediums, welches der öffnung 19 zugeführt wird, vom Wert P_So auf den Wert Pso+APso-Das bedeutet, daß auch der Druck des sich im Druckraum 33 befindlichen Fluidums auf den Wert Pso + AP_So ändert. Dementsprechend ergibt sich dann, wie in F i g. 3 gezeigt, eine Verschiebung der Membran 37 in Richtung

ίο auf den Druckraum 35 bei gleichzeitiger abwärts gerichteter Gleitbewegung des Ventilschiebers 39. Der Öffnungsbereich bezüglich des Einlaßkanals 47a in die Kammer 47 wird daher vergrößert, und dementsprechend ergibt sich auch eine Erhöhung des Druckes des in die Kammer 47 einströmenden Druckmediums vom bisherigen Wert P_r auf den Wert P_r+APr. Hieraus folgt, daß der Einmündung 15 des beweglichen Maschinenteils 13 nunmehr ein Druckmedium mit dem Druckwert P_r+JPr zugeführt wird. Der Druckregler 29 führt durch diese Änderung daher nunmehr zu der folgenden Gleichung (2).

Pso ■ A₁

rs ι

A₂ + Pr- A₃

wobei Ai eine wirksame Fläche der Membran 37 auf der Seite des Druckraums 33 und A₂ eine wirksame Fläche der Membran 37 auf der Seite des Druckraums 35 darstellt (A₂ ist kleiner als Ai, und zwar um die Größe des Querschnittsbereiches des Ventilschiebers 39); A₃ ist eine wirksame Fläche des freien Endes des Ventilschiebers 39. Die obige Gleichung (1) umfaßt nicht den auf die Federkraft der Membran 37 zurückgehenden Term, da die Federkonstante der Membran sehr klein ist und daher vernachlässigt werden kann.

Unter der Annahme, daß eine zusätzliche Belastung 27 (diese Belastung ist mit A ^bezeichnet) dem beweglichen Maschinenteil 13, wie in Fig.3 gezeigt, hinzugefügt wird, bewirkt diese zusätzliche Belastung 27 eine Änderung der Vertikalverschiebung des beweglichen Maschinenteils 13 mit Bezug auf die Führungsfläche der (Pso + AP₃₀) -A₁ = P₅₁-A₂ +(Pr

A₃ (2)

Aus den erwähnten Gleichungen (1) und (2) ergibt sich dann die folgende Gleichung

Pr = ^- · AP₅₀

Aus dieser Gleichung (3) kann man entnehmen, daß der Druckregler 29 in der Lage ist, den verstärkten Druck APr zu erzeugen, der A₁M₃ mal der geringen Druckänderung APso im Rückdruckbereich entspricht.

Der verstärkte Druck AP_r ist ausreichend, um die zusätzliche Belastung A W aufzunehmen und zu tragen. Es ergibt sich daher dann, wenn dem Gewicht W des beweglichen Maschinenteils 13 eine zusätzliche Belastung AW hinzugefügt wird, daß der Druckregler 29 im statisehen Druck des unter Druck stehenden Druckmediums eine Druckänderung um AP_r erzeugt, so daß sich auf diese Weise eine Kompensation für die zusätzliche Belastung ergibt. Es ist daher möglich, die direkte Lagerung des Gewichtes des beweglichen Maschinenteils 13 durch die Führungsfläche der Maschinenbasis 11 auf einem Wert aufrechtzuerhalten, der der Hälfte des Gewichtes W des beweglichen Maschinenteils 13 entspricht, wie weiter vorn beschrieben und anfänglich eingestellt. Mit anderen Worten, der Druckregler 29 arbeitet so, daß die direkte Lagerung des beweglichen Maschinenteils 13 durch die Führungsfläche der Maschinenbasis 11 stets auf einem konstanten Wert aufrechterhalten wird, unabhängig davon, ob sich Änderungen in der Belastung des beweglichen Maschinenteils 13 ergeben. Daher gelingt es auch, die Reibungskraft, die zwischen der Gleitfläche des beweglichen Maschinenteils 13 und der Führungsfläche der Maschinenbasis 11 wirkt, zu allen Zeiten konstant zu halten. In diesem Zusammenhang ist darauf hinzuweisen, daß die Verstärkungsrate A1/A3 des Druckreglers 29 sich bestimmt aus der effektiven Fläche Ai der Membran 37 und der effektiven Fläche A₃ des freien Endes des Ventilschiebers 39. Daher ist es möglich, irgendeine Verstärkungsrate des Druckreglers 29 dadurch zu bestimmen, daß man in geeigneter Weise die effektive Fläche der Membran 37 und die effektive Fläche des unteren freien Endes des Ventilschiebers 39 bestimmt beim gegebenen Stand des Druckreglers 29. Daher ist auch Entwurf und Ausfüh-

rung des Druckreglers 29 vergleichsweise einfach.

Der Darstellung der F i g. 4 läßt sich der Fall entnehmen, bei welchem der der Erfindung zugrunde liegende, lastkompensierte Führungsmechanismus auf ein Maschinenzentrum angewendet wird, bei dem ein Sattel 5 mit einer Führungsfläche vorhanden ist, auf welcher ein Werkstücktisch gleitend gelagert ist. In F i g. 4 bezeichnen 61 und 63 ein Paar geschabter Führungsflächen des Sattels. Mit 65 ist ein unterer Teilbereich bezeichnet, der zwischen den beiden geschabten Führungsflächen 61 und 63 angeordnet ist Der nicht dargestellte Werkstücktisch gleitet auf den Führungsflächen 61 und 63 des Sattels beispielsweise in der A'-K.oordinatenrichtung. Die geschabten Führungsflächen 61 und 63 sind ausgebildet mit acht Mündungen 67a bis 67/? für das unter Druck stehende Druckmedium, durch welche dieses zugeführt wird, um das Gewicht des Werkstück- oder Arbeitstisches, wie er im folgenden lediglich noch genannt wird, zusammen mit der auf diesem abgelegten oder befestigten Last zu tragen; außerdem sind Offnungen mit zugeordneten Auslaßöffnungen 69a bis 69/vorhanden. Die Zufuhröffnungen werden dazu benutzt, um das Druckmedium zuzuführen, damit eine Veränderung in der vertikalen Verschiebung des Arbeitstisches mit Bezug auf die Führungsflächen 61 und 63 festgestellt werden kann. Mit 71 und 73 sind schließlich noch ein Schmiermittel, beispielsweise also öl führende Nuten bezeichnet, die ein Schmieröl zwischen die Gleitfläche des Arbeitstisches und die Gleitflächen 61 und 63 zuführen. Die Anordnung der Einmündungen für das unter Druck stehende Druckmedium für die Zufuhröffnungen und für die Auslaßöffnungen und die ölnuten sind in geeigneter Weise so ausgelegt, daß sich eine konstante und niedrige Gleitreibung des Arbeitstisches auf den Sattel in einwandfreier und zuverlässiger Weise erreichen läßt

Es versteht sich, daß die Gleitflächen des Arbeitstisches, die auf die geschabten Führungsflächen 61 und 63 gerichtet sind, als gehärtete und geschliffene flache Oberflächen ausgebildet sind. Darüber hinaus werden im Falle des in F i g. 4 gezeigten lastkompensierten Führungsmechanismus mit den beiden Führungsflächen 61 und 63 des Sattels sechs Druckregler 29 (entsprechend der Darstellung der F i g. 2 und 3) verwendet, und zwar in sechs Kombinationen der einander jeweils zugeordneten Einmündungen für das Druckmedium, Zuflußöffnungen und Abflußöffnungen, wie folgt: 67a und 69a, 67 b, 67c und 696,67 d und 69c, 67e und 69c/, 67 f, 67g und 69eund67/?und69/.

Im folgenden werden noch die Ergebnisse eines Versuchs dargestellt die die vorteilhafte Wirkung vorliegender Erfindung ir. der Praxis zeigen.

Bei dem Experiment wird ein Arbeitstisch mit einem Gewicht von 520 Kilogramm und einem Sattel verwendet, der eine Führungsfläche aufweist, auf welcher der Arbeitstisch gleiten kann. Anfänglich wird der statische Druck des unter Druck stehenden Druckmediums so ausgewählt, daß er die Hälfte des Arbeitstischgewichtes trägt d. h. also 260 Kilogramm. Das von der Quelle 51 (s. die F i g. 2 und 3) dem Druckregler 29 zugeführte FM-dum war Luft mit einem Druckwert von 5 kg/cm². Während des Versuchs konnte eine Änderung in der zwischen der Gleitfläche des Arbeitstisches und der Führungsfläche des Sattels wirkenden Reibungskraft dann gemessen werden, wenn die Belastung des Arbeitstisches einer Änderung unterworfen wurde. Die Messung der Änderung der Reibungskraft wurde in zwei Fällen durchgeführt wobei in einem Fall der lastkompensierte Führungsmechanismus vorliegender Erfindung verwendet wurde, während im anderen Fall eine nicht lastkompensierte Ausführungsform eines Führungsmechanismus verwendet wurde. In der Darstellung der F i g. 5, in welcher die Abszisse die Belastungsänderung und die Ordinate eine Änderung im Antriebsmoment darstellt, die erforderlich ist, um die Gleitbewegung des Arbeitstisches zu bewirken, sind die Ergebnisse dieser Messung dargestellt. Der Darstellung der F i g. 5 läßt sich eindeutig entnehmen, daß dann, wenn ein lastkompensierter Führungsmechanismus verwendet wird, die der Reibungskraft entsprechende Antriebskraft nahezu vollständig konstant gehalten werden kann, selbst dann, wenn die dem Arbeitstisch auferlegte Belastung erheblichen Änderungen unterworfen ist. Daher ist es auch möglich, die Gleitbewegung des Arbeitstisches genau und gleichmäßig durchzuführen. Darüber hinaus ergeben sich noch die folgenden Vorteile bei vorliegender Erfindung.

1) Im Falle, daß eine Vielzahl von Druckreglern 29 (F i g. 2 und 3) verwendet werden und in der gesamten Führungsfläche der stationären Basis oder in der gesamten Gleitfläche des beweglichen Maschinenteils eine Vielzahl von Auslaßoffnungen in entsprechender Verteilung angeordnet sind, ist das bewegliche Maschinenteil in der Lage, eine sehr gleichmäßige Gleitbewegung durchzuführen, selbst dann, wenn auf den Arbeitstisch eine Belastung ausgeübt wird, die in einer Position entfernt von dessen Zentrum einwirkt

2) Da als unter Druck stehendes Fluidum Luft verwendet werden kann und bevorzugt verwendet wird, ist eine Wiedergewinnung dieses Fluidums nicht erforderlich.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

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1. Hydrostatisch entlasteter Führungsmechanismus für eine Maschine, bei der auf einer stationären Basis mit einer Führungsfläche ein beweglicher Maschinenteil mit einer Gleitfläche unter der Wirkung von Antriebsmitteln eine Verschiebung durchführt, mit einer Vorratsquelle für die Zuführung von Druckmedium über Leitungsmittel zwischen die Führungsfläche und die Gleitfläche, wodurch sich eine den beweglichen Maschinenteil über die Führungsfläche der stationären Basis anhebende Druckkraft angibt, mit mindestens einem eine Änderung in der vertikalen Position des beweglichen Maschinenteils durch Auswerten eines einem Teilbereich von Führungs- und Gleitfläche zugeführten Druck als Rückdruck erfassenden Sensor und mit mindestens einem im Verlauf der Leitungsmittel angeordneten Druckregler mit einem als Kolbenventil ausgebildeten Ventilglied, wobei der Ventilschieber im Anschluß an seine Steuerkanten eine ringförmige Ausnehmung aufweist, die zusammen mit der Ventilbohrung eine erste, mit dem Druckeinlaß und -auslaß versehene Druckkammer bildet, und wobei der Ventilschieber an seiner einen Stirnseite mit der Ventilbohrung eine zweite Druckkammer bildet und an seiner anderen Stirnseite mit einem seine Stellung steuernden scheibenförmigen, durchmesservergrößernden Teil versehen ist, dessen einer Seite der Sensorrückdruck zugeführt wird, und wobei das Ventilglied die Druckmediumzufuhr zwischen Führungs- und Gleitfläche steuert, dadurch gekennzeichnet,

a) daß das durchmesservergrößernde Teil des Ventilschieben als Membran (37) ausgebildet ist,

b) daß der Ventilschieber einen Verbindungskanal (43) aufweist, der die erste Kammer (47) mit der zweiten Kammer (49a) verbindet und

c) daß der Druck auf der anderen Seite der Mem-

durch gekennzeichnet, daß angrenzend zur Luftausflußöffnung (19) des Rückdrucksensors mindestens eine über einen Durchlaß (25) zur Atmosphäre entlüftete Auslaßöffnung (23) in der Gleitfläche angeordnet ist

3. Führungsmechanismus nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (37) eine Gummimembran mit niedriger Federkonstante ist

4. Führungsmechanismus nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet daß zwischen der ersten Druckkammer (47) und dem dieser zugewandten Druckraum (35) zwischen der Membran (37) und dem Ventilgehäuse eine Entlüftungsleitung (40,40a) zur Atmosphäre angeordnet ist

5. Führungsmechanismus nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet daß eine Druckvorratsquelle (5J,\ für das Druckmedium unter vorgegebenem Druck stehende Luft enthält

6. Führungsmechanismus nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß die Steuerkante (41) des Ventilschiebers (45) angrenzend zum Drucklufteinlaß (47a) von der Vorratsquelle (51) zum allmählichen Öffnen und Schließen einen durch eine Durchmesseränderung bewirkten Anstieg aufweist

7. Führungsmechanismus nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß beidseitig Anschläge zur Begrenzung der Ventilschieberbewegung vorgesehen üind.

8. Führungsmechanismus nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschläge von in das Ventilgehäuse (31) eingeschraubten, den Ventilschieberenden gegenüberliegenden Stellschrauben (50a, 50£>) gebildet sind.

9. Führungsmechanismus nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckregler und die ihm zugeführten Drücke so ausgebildet sind, daß die den beweglichen Maschinenteil anhebende Druckkraft geringer als die vertikale Belastung ist (hydrostatisch teilentlastetes Lager).

10. Führungsmechanismus nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet daß die entlüftete Auslaßöffnung die Luftauslaßöffnung des Rückdrucksensors ringförmig umgibt

Die Erfindung geht aus von einem hydrostatisch entlasteten Führungsmechanismus für eine Maschine nach der Gattung des Hauptanspruchs. Ein solcher bekannter Führungsmechanismus (GB-PS 9 06 818) bildet ein hydrostatisches Lager für aufeinandergleitende Flächen bei Maschinen an sich beliebiger Art, beispielsweise Werkzeugmaschinen, Meßinstrumente u. dgl, wobei ein stationärer Basisteil eine Führungsfläche aufweist, auf welcher ein beweglicher Maschinenteil gleitet.

Bei dem bekannten Führungsmechanismus sind Druckregelmittel vorgesehen, die sicherstellen, daß unabhängig zur Belastung des beweglichen Maschinenteils der relative Abstand zwischen den beiden aufeinandergleitenden Flächen von stationärer Basis und beweglichem Maschinenteil im wesentlichen konstant bleibt so daß sich eine Lastkompensation sowie konstant blei-

bende Reibungseinflüsse erzielen lassen. Die Druckrebran ein vorgegebener Druck ist der von der 65 gelmittel sind als Druckregelventil ausgebildet und um-Vorratsquelle (51) zugeführt wird. fassen einen in der Ventilbohrung verschiebbaren Ventilschieber mit drei kolbenartigen Verdickungen, von Führungsmechanismus nach Anspruch 1, da- denen eine äußere Verdickung in einem durchmes-