CH640444A5 - Hydraulisch betaetigter hohlspannzylinder fuer spanneinrichtungen an einer rotierenden spindel. - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen hydraulisch betätigten Hohlspannzylinder für Spanneinrichtungen an einer rotierenden Spindel, insbesondere Drehmaschinenspindel, bestehend aus einem an die Spindel anschliessbaren Zylindergehäuse und einem in dessen Zylinderkammer axial verschiebbaren, an ein in der hohlen Spindel befindliches Zugglied anschliessbaren Spannkolben, wobei das Zylindergehäuse und der Spannkolben mit der Spindel und ihrem Zugglied rotieren, sowie aus einem die äussere Zu- und Abfuhr der Druckflüssigkeit ermöglichenden feststehenden Anschlussgehäuse, das mit einer zylindrischen Innenbohrung, die mindestens eine Ringnut und eine darin mündende Druckflüssigkeitsleitung aufweist, koaxial zur Zylinderachse aussen auf einem hohlzylindrischen Führungsansatz des Zylindergehäuses gelagert ist, der an die Ringnuten anschliessende Verbindungskanäle zu den Zylinderräumen beidseits des Spannkolbens aufweist und zwischen sich und dem Anschlussgehäuse eine mit der Druckflüssigkeit gefüllte Ringspaltdichtung bildet.

Hohlspannzylinder dieser Art sind aus der DE-AS 1 018 696 bekannt und dienen insbesondere bei Werkzeugmaschinen zur Betätigung der an der Maschinenspindel sitzenden Spanneinrichtung bei der Bearbeitung von Stangenmaterial, das wegen seiner Länge einen freien zentralen Durchgang nicht nur in der Spanneinrichtung, sondern auch in der Spindel bzw. ihrem Zugglied und im Spannzylinder erfordert. Im Hohlspannzylinder ist dazu die Zylinderkammer zum zentralen Durchgang hin durch ein fest mit dem ringförmigen Spannkolben verbundenes Rohrstück abgeschlossen, das sich in den Führungsansatz erstreckt, darin geführt ist und dadurch seinerseits den Spannkolben in der Zylinderkammer führt. - Für die Ringspaltdichtung zwischen der Innenbohrung des feststehenden Anschlussgehäuses und dem rotierenden Führungsansatz werden die Eigenschaften von Grenzschichten, bzw. von den diesen genannten Bauteilen anhaftenden Flüssigkeitsfilmen ausgenutzt, um das Austreten von Druckflüssigkeit zu verhindern oder die Menge der austretenden Flüssigkeit in bestimmter Weise zu dosieren. Dies wird dadurch erreicht, dass mittels zwischen dem Führungsansatz und dem Anschlussgehäuse angeordneter Wälzlager das Spiel zwischen der Innenbohrung des feststehenden Anschlussgehäuses und der Aussenfläche des rotierenden Führungsansatzes so gering gewählt wird, dass der Ringspalt infolge auf die Druckflüssigkeit ausgeübter Adhäsionswirkung beider Oberflächen abgedichtet ist und nur noch eine dosierte, beispielsweise für die Schmierung und Kühlung der Wälzlager erwünschte Flüssigkeitsmenge durch ihn hindurch austritt, wobei die axiale Länge des Ringspalts derart gewählt wird, dass die Leckflüssigkeit bei ihrem Austritt aus dem Ringspalt bereits entspannt ist. Die sich relativ zueinander drehenden Bauteile kommen selbst nicht miteinander in Berührung, so dass die wesentlichen Reibungsverluste und damit die entstehende Wärme allein durch die innere Ölreibung verursacht wird. Diese Wärme ist um so grösser, je grösser der Umfang des Ringspaltes ist, denn mit grösserem Ringspaltumfang wird vor allem die Relativgeschwindigkeit zwischen den sich gegeneinander bewegenden Grenzflächen grösser. Das führt dazu, dass bei hohen Umlaufgeschwindigkeiten das den Spannzylinder durchsetzende 01 soweit erwärmt wird, dass es einer Kühlung bedarf, ehe es dem Spannzylinder wieder zugeführt wird. Ersichtlich wird dieses Problem um so kritischer, je höher die Umlaufgeschwindigkeit wird. Es durch kleineren Ringdurchmesser der Spaltdichtung zu lösen ist aber bei den bekannten Hohlspannzylindern nicht ohne weiteres möglich, weil das den Spannkolben führende und mit seinem Durchmesser auch den des Führungsansatzes bestimmende Rohrstück das Zugrohr aufnehmen muss, also jedenfalls im Durchmesser nicht kleiner als das Zugrohr selbst sein darf. Der lichte Durchmesser des Zugrohres aber ist durch die betrieblichen Erfordernisse, für die der Spannzylinder bestimmt bzw. eingesetzt werden soll, vorgegeben. Der Ringdurchmesser der Spaltdichtung ist also bei den bekannten Hohlspannzylindern um mindestens die Wanddicken sowohl des Führungsansatzes als auch des Rohrstückes grösser als der benötigte Radius des zentralen Durchganges.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen hydraulisch betätigten Hohlspannzylinder der eingangs genannten Art so auszubilden, dass bei vorgegebenem lichten Durchgangsdurchmesser der Ringdurchmesser und damit die Umfangslänge der Ringspaltdichtung möglichst klein gewählt werden können.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, dass die Zylinderkammer als Ringkammer zwischen einer äusseren Ringwand und einer inneren Ringwand des Zylindergehäuses ausgebildet und zwischen einer zur Futterachse koaxialen Innenbohrung der zum Anschluss an die Spindel eingerichteten Zylinderstirnwand und der inneren Ringwand ein Ringspalt freigelassen ist, durch den hindurch ein mit dem Spannkolben fest verbundener und ihn auf der inneren Ringwand führender Kragen greift, der gegen die Zylinder-

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Stirnwand abgedichtet und an seinem aus dem Ringspalt herausragenden Ende zum Anschluss an das Zugglied eingerichtet ist. Vorzugsweise ist die zum Anschluss an die Spindel eingerichtete Zylinderstirnwand am Rande der äusseren Ringwand gehalten. Der Innendurchmesser der inneren Ringwand kann gleich oder grösser als der des Führungsansatzes für das Anschlussgehäuse sein.

Der durch die Erfindung erreichte technische Fortschritt besteht im wesentlichen darin, dass bei dem erfindungsge-mässen Hohlspannzylinder für den Spannkolben kein sich in den Führungsansatz erstreckendes Führungsteil erforderlich ist. Die Führung des Spannkolbens erfolgt vielmehr mittels des fest mit dem Spannkolben verbundenen Kragens an der Aussenseite der innenseitig die ringförmige Zylinderkammer abschliessenden inneren Ringwand. Der freie Innenquerschnitt des Führungsansatzes steht daher für den Durchgang des Hohlspannfutters voll zur Verfügung und braucht nicht grösser als der benötigte Durchgangsdurchmesser zu sein. Das ist mit einer entsprechenden Verkleinerung von Durchmesser und Umfang der Ringspaltdichtung verbunden. Im Umfang dieser Verkleinerung sinkt die Wärmeentstehung durch die innere Ölreibung in der Ringspaltdichtung.

Im folgenden wird die Erfindung an einem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel näher erläutert; es zeigen:

Fig. 1 einen hydraulisch betätigten Hohlspannzylinder nach der Erfindung in einem Axialschnitt;

Fig. 2 einen Schnitt in Richtung II-II durch den Gegenstand nach Fig. 1;

Fig. 3 einen Schnitt in Richtung III-III durch den Gegenstand nach Fig. 1.

In der Zeichnung ist der Hohlspannzylinder in einer senkrecht stehenden Stellung gezeigt, die nicht seiner tatsächlichen Einbaulage entspricht, in welcher der Hohlspannzylinder mit horizontal liegender Zylinderachse 12 und nach unten gerichtetem Ölablaufanschluss 16.7 angeordnet ist. Das Zylindergehäuse ist mit 1 bezeichnet. An seiner vorderen Stirnwand 2 ist es zum Anschluss an eine nicht dargestellte Maschinenspindel einer Drehmaschine eingerichtet. Im Zylindergehäuse 1 befindet sich eine Zylinderkammer 3, die als nach vorn zur Spindel hin offene Ringkammer in das Zylindergehäuse 1 eingearbeitet ist, also zwischen einer äusseren Ringwand 1.1 und einer inneren Ringwand 1.2 des Zylindergehäuses ausgebildet ist. Diese Zylinderkammer 3 ist spindelseitig durch einen am Rand der äusseren Ringwand 1.1 durch Schrauben 1.3 gehaltenen ringförmigen Zylinderdeckel 1.4 abgeschlossen, der Gewindesacklöcher 1.5 trägt, an welchen der Anschluss der nicht dargestellten Maschinenspindel erfolgt. Der in der Zylinderkammer 3 axial verschiebbare Zylinderkolben 4, der in Fig. I in seiner hinteren Endstellung dargestellt ist, trägt an seiner Vorderseite einen fest mit ihm verbundenen Kragen 5, der den Kolben 4 auf der Aussenfläche der inneren Ringwand 1.2 führt und durch einen Ringspalt 6 nach aussen ragt, der zwischen einer Innenbohrung 7 des Zylinderdeckels 1.4 und dem Ende der inneren Ringwand 1.2 freigelassen ist. Der Spannkolben 4 ist durch Dichtungen 8 gegen die innere und äussere Ringwand 1.1,1.2 der Zylinderkammer 3 sowie mit seinem aus dem Ringspalt 6 vorragenden Kragen 5 durch eine Dichtung 9 gegen den Zylinderdeckel 1.4 abgedichtet, so dass die in die Zylinderräume 3.1,3.2 beidseits des Spannkolbens 4 eintretende Druckflüssigkeit nicht entweichen kann. Der aus dem Ringspalt 6 frei vorstehende Teil des Kragens 5 ist bei 10 mit einem Innengewinde zum Anschluss des in der nicht dargestellten Maschinenspindel befindlichen und ebenfalls nicht dargestellten Spannrohres dient. Der Spannkolben 4 ist im übrigen durch Führungsstifte 11 gegen Verdrehungen in bezug auf das Zylindergehäuse 1 gesichert.

An seinem rückwärtigen Ende trägt das Zylindergehäuse 1 einen zur Zylinderachse 12 koaxialen hohlzylindrischen Führungsansatz 13, dessen lichter Innenquerschnitt zusammen mit dem der inneren Ringwand 1.2 des Zylindergehäuses 1 den Durchgang 14 des Hohlspannzylinders bildet.

Dieser Führungsansatz 13 nimmt zusammen mit dem Zylindergehäuse 1 und dem Kolben 4 an der Drehung der Spindel bzw. des Zugrohres teil. Auf der Aussenseite des Führungsansatzes 13 ist über Wälzlager 15 ein feststehendes, also an der Drehung des Führungsansatzes 13 nicht teilnehmendes Anschlussgehäuse 16 gelagert, das die äussere Zu-und Abfuhr der Druckflüssigkeit über Druckleitungsanschlüsse 17.1,17.2 ermöglicht. Dazu besitzt das Anschlussgehäuse 16 eine Innenbohrung 16.1 mit im Ausführungsbeispiel zwei Ringnuten 18.1,18.2, die mit den Druckleitungsanschlüssen 17.1,17.2 verbunden sind. Im Führungsansatz 13 verlaufen an diese Ringnuten 18.1,18.2 anschliessende, in der Zeichnung nur teilweise dargestellte Verbindungskanäle 19.1,19.2,20.1, 20.2 zu den Zylinderräumen 3.1, 3.2 beidseits des Spannkolbens 4. Zwischen dem Führungsansatz 13 und dem Anschlussgehäuse 16 befindet sich die mit der Druckflüssigkeit gefüllte Ringspaltdichtung, die einen Spalt 21 von nur wenigen Hundertstellmillimeter Breite darstellt. Das durch die Ringnuten 18.1,18.2 in die Verbindungskanäle 19.1, 19.2 oder umgekehrt strömende und dabei den Spalt 21 durchquerende Drucköl breitet sich seitlich im Spalt 21 aus. Das aus dem Spalt 21 am Ende austretende Öl kann zum Teil unmittelbar durch in der Innenbohrung 16.1 des Anschlussgehäuses 16 befindliche Ringnuten 16.2 und daran anschliessende Leitungen 16.3 und zum anderen Teil nach Schmierung und Kühlung der Wälzlager 15 durch Ringkanäle 16.4, die sich in zwei stirnseitigen Abschlusskappen

16.5 des Anschlussgehäuses 16 befinden, in einen Ölsammel-raum 16.6 gelangen, aus dem das Lecköl durch einen Ölablaufanschluss 16.7 entweichen kann. Der Ölsammelraum

16.6 ist durch eine beidseits durch die Kappen 16.5 begrenzte Ringwand 16.8 nach aussen abgeschlossen. Diese Ringwand

16.8 bildet mit einer weiteren äusseren Ringwand 16.9, die ebenfalls axial beidseits an den Kappen 16.5 gehalten ist,

eine Kühlkammer 22, die axial beidseits über in den Kappen 16.5 vorgesehene Öffnungen 23 mit dem Aussenraum in Verbindung steht, wobei sich die Öffnungen 23 jeweils über einen grösseren Winkelumfang der Kappen 16.5 erstrecken, wie besonders Fig. 2 erkennen lässt. Ebenso wie das Anschlussgehäuse 16 selbst sind auch diese Ringwände 16.8,

16.9 mit den beiden axialen Abschlusskappen 16.5 feststehend. An der dem Anschlussgehäuse 16 zugewandten Stirnwand des gegenüber dem feststehenden Anschlussgehäuse 16 rotierenden Zylindergehäuses 1 befindet sich ein entsprechend mitrotierendes Lüfterrad 24, dessen Lüfterschaufeln 24.1 so angeordnet und ausgebildet sind, dass sie durch bei 25 angedeutete Öffnungen einen Kühlluftstrom ansaugen, der durch die in den Kappen 16.5 vorgesehenen Öffnungen 23 die Kühlkammer 22 durchströmt, um die durch innere Ölreibung in der Spaltringdichtung entstehende Wärme durch Konvektion aus dem Anschlussgehäuse 16 abzuführen. Zwischen den Ringwänden 16.8,16.9 können sich radiale Rippen 26 befinden, um die Wärmeaustauschfläche für den Kühlluftstrom zu vergrössern.

Die Fig. 3 lässt im einzelnen erkennen, dass die Verbindungskanäle 19.1,19.2,20.1, 20.2 mit in Fig. 1 lediglich bei 30 angedeuteten Sicherheitsventilen ausgestattet sind, die im Falle einer Störung in der Druckflüssigkeitsversorgung ein versehentliches Verschieben des Spannkolbens 4 und damit ein unbeabsichtigtes und unfallträchtiges Lösen der Spanneinrichtung verhindern. Diese Sicherheitsventile bestehen jeweils aus einem in einem Ventilkäfig 30.1, 30.2 verschiebbar geführten kugelförmigen Ventilkörper 31.1, 31.2, der sich

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unter der Kraft einer Ventilfeder 32.1, 32.2 gegen einen ihm zugeordneten Ventilsitz 33.1,33.2 anlegt. Zwischen beiden Ventilkörpern 31.1, 31.2 befindet sich ein verschiebbar geführter Steuerkolben 34, der je nach Stellung den einen oder anderen der beiden Ventilkörper gegen den Druck ihrer Ventilfeder vom Ventilsitz abheben kann. Strömt beispielsweise durch den in Fig. 3 mit 19.2 bezeichneten Verbindungskanal Druckflüssigkeit zu, so verschiebt sie einerseits den in der Fig. 3 linken Ventilkörper 31.2 gegen den Druck seiner Ventilfeder 32.2 nach links und öffnet dadurch den Ventilzugang zu dem mit 20.2 bezeichneten Verbindungskanal, der zu dem in Fig. 1 mit 3.2 bezeichneten hinteren Zylinderraum führt. Gleichzeitig verschiebt die durch den Verbindungskanal 19.2 zuströmende Druckflüssigkeit den Steuerkolben 34 in Fig. 3 nach rechts, der somit auch den in Fig. 3 rechten Ventilkörper 31.1 von seinem Ventilsitz 33.1 abhebt, so dass die Druckflüssigkeit aus dem in Fig. 3 mit 20.1 bezeichneten Verbindungskanal in den mit 19.1 bezeichneten Verbindungskanal gelangen und damit aus dem in Fig. 1 vorderen Zylinderraum 3.1 entweichen kann. Der Spannkolben 4 bewegt sich somit nach vorn. Wird die angenommene Strömungsrichtung der Druckflüssigkeit in den Verbindungs4

kanälen umgekehrt, kehrt sich entsprechend die Bewegungsrichtung des Spannkolbens um. Fällt durch irgendeine Störung die Druckflüssigkeitsversorgung aus, strömt also durch keinen der beiden Verbindungskanäle 19.1,19.2 Druckflüs-s sigkeit mehr zu, so schliessen sich beide Sicherheitsventile unter dem Druck ihrer Ventilfedern 32.1, 32.2 und sperren dadurch die beiden Zylinderräume 3.1, 3.2 ab, so dass der Spannkolben 4 keiner weiteren Verstellung mehr fähig ist. Bei einer Störung in der Druckflüssigkeitsversorgung kann io sich daher der Spannkolben 4 nicht mehr in eine dem Öffnen der Spanneinrichtung entsprechende Stellung verschieben.

Der Führungsansatz 13 und die innere Ringwand 1.2 können, wie im Ausführungsbeispiel, gleichen lichten Innendurchmesser besitzen, wenn auch selbstverständlich die ls Möglichkeit besteht, dass der Innendurchmesser der inneren Ringwand 1.2 grösser als der des Führungsansatzes 13 ist. Jedenfalls braucht der innere lichte Durchmesser des Führungsansatzes 13 nicht grösser als der benötigte Durchgangsdurchmesser des Hohlspannzylinders zu sein, so dass 20 sich für die Ringspaltdichtung ein optimal kleiner Ringdurchmesser und damit Ringumfang ergibt.

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2 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

640 444 PATENTANSPRÜCHE

1. Hydraulisch betätigter Hohlspannzylinder für Spanneinrichtungen an einer rotierenden Spindel, insbesondere Drehmaschinenspindel, bestehend aus einem an die Spindel anschliessbaren Zylindergehäuse und einem in dessen Zylinderkammer axial verschiebbaren, an ein in der hohlen Spindel befindliches Zugglied anschliessbaren Spannkolben, wobei das Zylindergehäuse und der Spannkolben mit der Spindel und ihrem Zugglied rotieren, sowie aus einem die äussere Zu- und Abfuhr der Druckftüssigkeit ermöglichenden feststehenden Anschlussgehäuse, das mit einer zylindrischen Innenbohrung, die mindestens eine Ringnut und eine darin mündende Druckflüssigkeitsleitung aufweist, koaxial zur Zylinderachse aussen auf einem hohlzylindrischen Führungsansatz des Zylindergehäuses gelagert ist, der an die Ringnuten anschliessende Verbindungskanäle zu den Zylinderräumen beidseits des Spannkolbens aufweist und zwischen sich und dem Anschlussgehäuse eine mit der Druckflüssigkeit gefüllte Ringspaltdichtung bildet, dadurch gekennzeichnet, dass die Zylinderkammer (3) als Ringkammer zwischen einer äusseren Ringwand (1.1) und einer inneren Ringwand (1.2) des Zylindergehäuses (1) ausgebildet und zwischen einer zur Futterachse (12) koaxialen Innenbohrung (7) der zum Anschluss an die Spindel eingerichteten Zylinderstirnwand (1.4) und der inneren Ringwand (1.2) ein Ringspalt (6) freigelassen ist, durch den hindurch ein mit dem Spannkolben (4) fest verbundener und ihn auf der inneren Ringwand (1.2) führender Kragen (5) greift, der gegen die Zylinderstirnwand (1.4) abgedichtet und an seinem aus dem Ringspalt (6) herausragenden Ende zum Anschluss an das Zugglied (bei 10) eingerichtet ist.

2. Spannzylinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zum Anschluss an die Spindel eingerichtete Zylinderstirnwand (1.4) am Rand der äusseren Ringwand (1.1) gehalten ist.

3. Spannzylinder nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Innendurchmesser der inneren Ringwand (1.2) gleich oder grösser als der des Führungsansatzes (13) für das Anschlussgehäuse (16) ist.