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Die Erfindung betrifft eine pneumatische Einspannvorrichtung für Werkstücke, mit einem Umschaltventil, das in seiner ersten Stellung den Vorlauf der beweglichen Druckplatte mit kleiner Schubkraft und in seiner zweiten Stellung eine Beaufschlagung der Druckplatte mit der Spannkraft bewirkt, wobei die Umschaltung des in die erste Stellung vorgespannten Ventils von der ersten in die zweite Stellung von einem Fühlstift gesteuert wird, der am Ende des Vorlaufes betätigbar ist.
Derartige Sicherheits-Spannzylinder haben die Aufgabe, Unfälle wie z. B. Handquetschungen usw. zu verhindern, die durch die hohe Stosskraft der handelsüblichen Pneumatikzylinder entstehen können, wenn die Bedienungsperson vorschriftswidrig die Hände zwischen die zusammengedrückten Teile hält. Bei Spannzylindern herkömmlicher Ausführung kam es immer wieder vor, dass die Bedienungsperson einer Maschine durch ungewolltes Betätigen der Hand- oder Fingerverletzungen erleidet, wenn sie durch Unachtsamkeit mit der Hand zwischen Werkstück und Spannzylinderdruckplatte fasst.
Dies wird durch Einspannvorrichtungen der eingangs genannten Gattung verhindert, wie sie beispielsweise in der deutschen Auslegeschrift 1552653 beschrieben sind. Bei dieser bekannten Einspannvorrichtung wirkt eine mit der beweglichen Druckplatte verbundene Stellschraube auf den Fühlstift ein und bewirkt eine Umschaltung kurz vor Erreichen der Einspannstellung. Diese Anordnung setzt voraus, dass jeweils in Anpassung an die betreffenden Klemmstücke eine Nachstellung der Stellschraube erfolgt, weil andernfalls die Druckplatte schon stillgesetzt wird, wenn noch ein Abstand zwischen den Klemmbacken und dem Werkstück besteht. Diese erforderliche Nachstellung ist umständlich und zeitraubend. Ausserdem wird bei der bekannten Einspannvorrichtung ein Endschub mit hoher Druckkraft zugelassen, der unter ungünstigen Bedingungen auch schon zu Verletzungen führen kann.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Einspannvorrichtung zu schaffen, die eine selbsttätige Anpassung an alle Betriebsbedingungen ermöglicht und bei der die Hochdruckkraft überhaupt nicht wirksam werden kann, wenn sich ein Körperteil zwischen Druckplatte und Werkstück befindet.
Gemäss der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass der Fühlstift in einer Bohrung der Druckplatte in Bewegungsrichtung der Druckplatte verschieblich gelagert ist und in der ersten Ventilstellung über die Einspannfläche der Druckplatte vorsteht.
Durch die erfindungsgemässe Ausbildung ist eine individuelle Anpassung nicht erforderlich, und es brauchen keine Nachstellungen vorgenommen zu werden. Der Fühlstift sorgt dafür, dass die Hochdruckkraft überhaupt nicht wirksam werden kann, solange der Stift an einem nachgiebigen Gegenstand, beispielsweise an einem Finger anliegt. Sobald aber der Fühlstift auf den einzuspannenden Gegenstand auftrifft und damit die Umschaltung bewirkt, ist zwischen der Oberfläche der Druckplatte und dem Werkstück nur noch jener kleine Spalt vorhanden, der zum Umschalten erforderlich ist und Millimeterbruchteile betragen kann, so dass es unmöglich wird, den Finger dazwischen einzuführen. Die Arbeitsgeschwindigkeit der Spannvorrichtung wird durch diese Sicherheitsvorkehrung nicht nachteilig beeinträchtigt.
Bei einer Spannvorrichtung mit zwei Spannzylindern unterschiedlichen Durchmessers, von denen der erste kleineren Durchmessers den Vorlauf mit kleiner Schubkraft bewirkt, wogegen der zweite Hauptspannzylinder grösseren Durchmessers die Spannkraft am Ende des Vorlaufes liefert, ist gemäss einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung dem Fühlstift ein Ventil zwischen dem ersten Zylinder und dem Hauptspannzylinder zugeordnet. Auf diese Weise ergibt sich ein raumsparender und sehr einfacher Aufbau. Insbesondere dann, wenn die hohl ausgebildete Kolbenstange des Hauptspannkolbens den Vorlaufzylinder bildet, der an seinem dem Kolben gegenüberliegenden Ende die Druckplatte trägt.
Gemäss einer andern Ausgestaltung der Erfindung ist die Anordnung derart getroffen, dass das vom Fühlstift betätigte Ventil in einen am herausragenden Ende der Kolbenstange die Druckplatte tragenden Differentialkolben eingebaut ist und in seiner ersten Stellung über Kanäle, die den beiden Kolbenflächen zugeordneten Zylinderräume miteinander verbindet, wogegen es in der zweiten Stellung unter Absperrung dieser Verbindung den der Rückseite des Differentialkolbens zugeordneten Raum mit der kleineren Querschnittsfläche entlüftet.
Das Druckmittel braucht hiebei keine Drosselstellen im Ventil oder der Leitungsführung zu durchlaufen, und kann sofort wirksam werden, wenn die Entlüftung stattfindet, was besonders leicht geschehen kann, wenn gemäss einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung in der die Druckplatte tragenden rohrförmigen Kolbenstange unter Belassung eines Ringspaltes eine den Fühlstift tragende Schubstange verschiebbar geführt ist, an deren hinterem Ende der Ventilkörper befestigt ist.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung können bei grösseren Einspannvorrichtungen aus Sicherheitsgründen mehrere axial verschiebliche Fühlstifte in der Druckplatte verteilt angeordnet sein. Diese müssen gemeinsam und gleichzeitig betätigt werden, um die Einspannvorrichtung voll zur Wirkung zu bringen.
Durch geeignete Wiegenanordnungen kann dieser Forderung Rechnung getragen werden, wobei die Wiegen dann ihrerseits auf die Ventileinrichtung einwirken können.
Nachstehend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung an Hand der Zeichnungen beschrieben. In den Zeichnungen zeigen : Fig. l einen Schnitt durch eine erste Ausführungsform eines pneumatischen Spannzylinders und Fig. 2 einen Schnitt durch eine zweite Ausführungsform.
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Die Spannvorrichtung gemäss Fig. l weist einen oberen Gehäuseteil-10-auf, der zur Festlegung der gesamten Spannvorrichtung an einer Haltestange --12-- dient. Die Festlegung des ortsfesten Teiles des Gehäuses kann auch auf andere Weise erfolgen. In diesen oberen Gehäuseteil --10-- ist ein doppelwandiger, aus Aussenwand --14-- und Innenwand --16-- bestehender Zylinder geführt, der den ersten Zylinder bzw. den Vorschubzylinder bildet und gleichzeitig die Kolbenstange eines von ihm getragenen Hauptspannkolbens --18-- darstellt. Dieser Hauptspannkolben--18--ist in einem Hauptspannzylinder--20--verschiebbar gelagert, der im oberen Gehäuseteil --10-- eingesetzt ist.
Der Hauptspannzylinder--20--ist mit einem Zylinderdeckel--22--abgeschlossen, der mit einem Plungerkolben --24-- des ersten Vorlaufzylinders --14, 16--fest verbunden ist. Der Hauptspannkolben--18--ist durch eine Rückholfeder --26-- am
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beiden Wänden --14 und 16--in Verbindung stehen. Dieser Ringkanal --38-- steht über Bohrungen --40-- mit der Druckkammer-42-des Hauptspannzylinders-20-in Verbindung. Dieser Kammer - steht über ein Rückschlagventil --44-- und ein regulierbares Drosselventil --46-- mit der Aussenluft in Verbindung.
Auf dem Oberteil des Ventilkörpers --28-- ist eine Druckplatte --48-- nach allen Seiten verschwenkbar aufgesetzt. In einer Bohrung --50-- dieser Druckplatte --48-- ist ein Fühlstift-52-mit
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--52-- ist--30, 32--wird durch eine Schraubenfeder--58--auf seinen Sitz gedrückt.
Die Vorrichtung arbeitet wie folgt :
Druckmittel wird dem Vorschubzylinder--14, 16--über eine Axialbohrung --60-- des Plungerkolbens--24--zugeführt. Hiedurch wird im Zylinderraum --62-- ein Druck aufgebaut, der den Zylinder--14, 16--und den Spannkolben--18--vorschiebt. Damit im Druckraum --42-- des Spannzylinders--20--kein Vakuum entsteht, sind das Rückschlagventil --44-- und das Drosselventil --46-- vorgesehen. Durch das Drosselventil --46-- kann die in der Zeiteinheit zuströmende Luft reguliert
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Sitz gepresst. Läuft nun der Fühlstift--52--, der zirka 1 mm aus der Druckplatte--48--herausragt, gegen einen festen Körper, z.
B. aus Holz, Metall od. ähnl., so wird die dichtungsplatte --32-- abgehoben und der Druck kann sich schlagartig über die Bohrungen --36-- des Ventilkörpers und den Ringkanal --38-- sowie die Bohrungen --40-- nach dem Druckraum --42-- des Hauptspannzylinders --20-- fortpflanzen. Damit erhält der Hauptspannkolben--18--seine volle Spannkraft. Wird die Luftzufuhr abgestellt und gleichzeitig entlüftet, so drückt die Federnden Kolben wieder zurück. Das Entlüften erfolgt hiebei in
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abgehoben wird.
Das zwischen Vorschubzylinder-14, 16-und Hauptspannzylinder-20-angeordnete Ventil --28, 30--arbeitet wie folgt :
Bei einem angenommenen Betriebsdruck von 7, 85 bar und einem Durchmesser des Plungerkolbens --24-- von 18 mm entsteht eine Vorschubkraft von 203 N. Rechnet man, dass durch den Reibungswiderstand des Kolbens --18-- und durch den Gegendruck der Feder --26-- die Vorschubkraft um zirka 39 N vermindert wird, so steht tatsächlich noch eine Verschubkraft von zirka 160 N zur Verfügung. Die Dichtungsplatte--32--des Ventilstössels--30--hat einen Durchmesser von 15 mm und wird mit 7, 85 bar auf ihren Ventilsitz gepresst. Es sind somit 140 N Gegendruck erforderlich, um die Dichtungsplatte--32-abzuheben.
Der Fühlstift--52--hat bei der Druckplatte --48-- einen Durchmesser von 8 mm, so dass ein verhältnismässig harter Gegenstand aus Holz, Metall od. ähnl. erforderlich ist, um den Ventilstössel --30-abzuheben. Bei einer weichen Unterlage verteilt sich der Anpressdruck, wie oben angenommen, von 160 N auf die Druckplatte--48--, die einen Durchmesser von mindestens 50 mm hat. Es ist somit ausgeschlossen, dass
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Abmessungen und Druck sind nicht verbindlich, sondern dienen nur als Beispiel. Der Zylinder kann-je nach der gestellten Anforderung - in andern Dimensionen gebaut werden.
Die Spannvorrichtung gemäss Fig. 2 weist einen unteren Gehäuseteil-10-auf, der zur Festlegung an
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--12-- dient. Ingeführt. Dieser bildet eine hohle Kolbenstange für einen Hauptspannkolben --18--, der in einem mit dem Gehäuse --10-- verbundenen Hauptspannzylinder --20-- geführt ist, welcher mit einem Zylinderdeckel --22-- abgeschlossen ist.
Der Hauptspannkolben --18-- ist durch eine als Druckschraubenfeder ausgebildete
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ist mit eiser Führungshülse--27--versehen, die auf einem Bolzen-29--axial verschieblich ist, der in die axiale Bohrung--31--einer Schubstange--24--eingeschraubt ist, welch letztere im Zylinder--14-- unter Belassung eines Ringspaltes --33--- axial verschieblich geführt ist. Am unteren Ende ist dieser Ringspalt
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Stirnfläche des Zylinders--14-bedingt ist. Hiebei steht der Fühlstift-52--um einen geringen Betrag über die untere Ebene der Druckplatte--48--vor.
Die Funktion der Spannvorrichtung ist die folgende :
Druckluft strömt durch die Bohrung --23-- am oberen Zylinderdeckel --22-- in die obere' Zylinderkammer--42--ein. In der in Fig. 2 dargestellten Ruhestellung ist die Dichtungsscheibe--17--von ihrem Sitz --25-- abgehoben, und die Dichtungsscheibe --19-- liegt an ihrem Sitz dichtend an. Demgemäss kann über die radialen Bohrungen--15--im Hauptspannkolben--18--Druckmittel von der Oberseite des Kolbens nach dessen Unterseite gelangen und die untere Zylinderkammer --13-- ausfüllen, so dass vor und hinter dem Kolben der gleiche Druck herrscht. Dabei entsteht im Zylinder--20--entsprechend dem
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und die Druckplatte --48-- mit geringer Kraft langsam vorschiebt.
Nach Auflaufen des Fühlstiftes-52-- gegen hartes Material wird der Ventilkörper --32-- axial nach hinten verschoben, so dass die Dichtungsscheibe --19-- abgehoben wird und die Dichtungsscheibe--17--auf ihren Sitz --25-- gelangt. Dadurch wird die Verbindung zwischen der oberen und der unteren Hauptzylinderkammer gesperrt, und der über die Bohrung --23-- zugeführte Druck wirkt voll auf den Hauptspannkolben--18--, so dass sich dieser schlagartig mit grosser Kraft nach unten bewegen kann, weil die untere Zylinderkammer über die Ventilöffnung zwischen der Dichtungsscheibe --19-- und der Stirnfläche des Zylinders-14-, den Ringspalt --33-- und die radialen Bohrungen --35-- plötzlich entlüftet wird.
Durch die Entlüftung der unteren Zylinderkammer erhält der Hauptspannkolben --18-- seine volle Schubkraft. Die zwischen dem Ventilkörper-32-und dem über die Schubstange--24--verlängerten Fühlstift--52--angeordnete Druckfeder--39--bewirkt ein federndes Nachgeben des Ventilkörpers, so dass sich auch bei Abnutzung der Dichtungen am Ventilstössel noch ein sicheres Verschliessen der Bohrung am Kolben ergibt.
Die Druckfeder --56-- an der Oberseite des Fühlstiftes--52--hat den Zweck, den Ventilkörper --32-- sicher auf seinen Sitz am Ende des Zylinders --14-- zu halten und den Fühlstift-52-etwas über die Druckplatte --48-- vorstehen zu lassen. Der Durchmesser des Ventilkörpers-32-ist so gewählt, dass der Ventilkörper vor dem Umschaltvorgang entsprechend stark auf den Sitz am Ende des Zylinders - 14-- gepresst wird und somit der Fühlstift --52-- nicht ganz leicht eingedrückt werden kann. Der Durchmesser des Ventilkörpers --32-- bestimmt demgemäss den Gegendruck, der zur Betätigung des Fühlstiftes--52--erforderlich ist.
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