CH663826A5

CH663826A5 - Druckfluid beaufschlagbare, verriegelbare spannzylinder-kolbeneinheit.

Info

Publication number: CH663826A5
Application number: CH72487A
Authority: CH
Inventors: Karel Chromik
Original assignee: Bieri Ag Liebefeld H
Priority date: 1987-02-26
Filing date: 1987-02-26
Publication date: 1988-01-15
Also published as: DE3707469A1; WO1988006684A1

Description

BESCHREIBUNG

Die Erfindung betrifft eine Druckfluid beaufschlagbare, verriegelbare Spannzylinder-Kolbeneinheit gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Generell sind in der Technik viele Anwendungsfälle gegeben, bei denen mit einer relativ grossen Spannkraft ein Gegenstand dauernd, sicher festgespannt bleiben soll, auch dann, wenn die Spannvorrichtung von der Druckfluid-Quelle abgekoppelt wird, also drucklos ist.

Beispielsweise ist dies der Fall bei der Werkstückspannung auf Werkzeugmaschinen, Formenverriegelung auf Spritz-giessmaschinen oder die Verriegelung von verfahrenstechnischen Druckbehältern usw. Es sind Klemmsysteme ähnlich einer Spannzange bekannt, welche direkt auf eine die Spannkraft aufbringende Kolbenstange wirken. Ebenso sind Systeme mit Gewindespindeln bekannt, welche mit dem Kolben mitlaufen und zur Arretierung des Kolbens mittels einer Bremse am Drehen gehindert werden.

Im allgemeinen werden aber auf hydraulischer Seite Vorkehrungen getroffen, um den Kolben am Zurückweichen zu hindern, z.B. mit Sitzventilen und Druckspeichern, Druckschaltern und Warnanlagen für den Fall des Versagens dieser Systeme. Durch die Erfindung soll die Aufgabe gelöst werden, eine solche Kolben-Spannzylindereinheit zum Aufbringen relativ grosser Kräfte auf den zu haltenden Gegenstand zu schaffen, die auch im drucklosen, vom Druckversorgungssystem abgekoppelten Zustand die Spannkraft dauernd aufrechterhalten kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch die Merkmale nach der Kennzeichnung des Anspruchs 1 gelöst.

Die erfindungsgemässe Spannzylinder-Kolbeneinheit hat den besonderen Vorteil, dass auf der Druckfluid-Versor-gungsseite keine Vorkehrungen getroffen werden müssen, um den Kolben am Zurückweichen zu hindern. Aufwendige Druckhaltesysteme, verbunden mit entsprechenden Sicher-heits- und Warnvorrichtungen, entfallen vollständig, da der Spannkolben dauernd formschlüssig verriegelt bleibt.

Zudem ist die Einheit konstruktiv einfach sowie betriebs2

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sicher aufgebaut und kann ohne grossen Fertigungsaufwand z.B. hinsichtlich Genauigkeit (Toleranzen) hergestellt werden. Ferner ergibt sich als weiterer grosser Vorteil, dass praktisch sämtliche an der Kraftübertragung und an der Verriegelung beteiligten Elemente der Spannzylindereinheit vollständig vom Druckfluid umgeben sind, so dass beispielsweise dann, wenn das Druckfluid ein Hydrauliköl ist, die Verriegelungsteile nicht «trocken» laufen. Die erfindungsge-mässe Einheit lässt sich kompakt und dadurch platzsparend bauen, wobei die Gehäuse-Aussenkontur den jeweiligen Einbauerfordernissen entsprechend gestaltet werden kann, z.B. mit entsprechenden Führungs- und Haltemitteln versehen ist.

Ferner wird durch die erfindungsgemässe Einheit erreicht, dass das Spannen und Verkeilen des Spannkolbens praktisch ohne Setzvorgang während oder nach dem Wegfall des Spanndruckes verläuft, was für alle Spann- oder Klemmvorgänge, insbesondere bei extrem starren Systemen von gröss-ter Bedeutung ist.

Weiterhin ist der Wegfall eines permanent vorgespannten Druckmediumkissens, z.B. Oelkissen oder Hochdruckgaskissen, welches in sich elastisch (kompressibel) ist, für die Steifheit des Spannsystems von grösster Wichtigkeit.

Durch die Merkmale des Anspruchs 2 ergibt sich durch den im wesentlichen rechteckigen oder quadratischen Querschnitt des Verriegelungskeils eine fertigungstechnisch einfache Herstellung des Verriegelungskeils. Ferner besteht die Möglichkeit, auch andere Querschnittformen, z.B. ovaler oder runder Form, vorzusehen. Die Keilflächen wären dann hierbei wiederum als ebene oder einseitig bombierte Flächen vorhanden.

Vorteilhafterweise wäre es auch möglich mehr als einen Verriegelungskeil anzuordnen, beispielsweise parallel zueinander stehende oder einander diametral gegenüberstehende. Die Betätigung könnte dann wieder durch einen gemeinsamen Riegelkolben erfolgen, es wäre aber auch für jeden Verriegelungskeil ein separater Riegelkolben denkbar,

sofern es die zur Verfügung stehenden Platzverhältnisse zulassen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert, welche einen Axialschnitt durch die Spannzylinder-Kolbeneinheit zeigt.

Die Spannzylinder-Kolbeneinheit weist ein Gehäuse 6 mit der Einbauöffnung 7 auf, und ist mit im wesentlich rechtwinklig zur Achse des Spannzylinders angeordneten Druck-fluid-Anschlüssen A und B versehen. In dem durch die Einbauöffnung 7 gebildeten Raum ist der Spannkolben 1 verschiebbar angeordnet, welcher durch die eingeschraubte oder eingepresste und abgedichtete Zylinderhülse 5 geführt wird.

Die Zylinderhülse 5 könnte auch entfallen und der Spannkolben 1 unmittelbar an der Gehäusewand geführt sein. Der Spannkolben 1 kann einen nicht gezeigten, die Gehäusestirnseite überragenden Ansatzteil aufweisen, der zur Kraftübertragung auf das Spannobjekt dient. Der Kolben 1 besitzt günstigerweise am Aussenumfang einen oder mehrere Dichtungsringe.

Auf der durch das Druckfluid beaufschlagten Seite besitzt der Spannkolben 1 weiter einen konsolartig auskragenden Teil, der an der Gehäusewand durch eine parallel zur Spannrichtung verlaufende ebene oder gekrümmte Führungsfläche 8 abgestützt ist. Der Führungsfläche 8 abgewendet, gegen die Mittelachse des Spannzylinders gerichtet, trägt der konsolartige Teil 9 die Gegenkeilfläche 10 in einer nutartigen Ausnehmung über die sich der Spannkolben 1 am Verriegelungskeil 2 abstützt. Die Oberfläche der Führungsfläche des konsolartigen Teils 9 weist zusätzlich rillenartige Vertiefungen auf, welche ein reibungstechnisch günstiges Abstützverhalten des konsolartigen Trägers auf der Keilstütze 4 der

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Gehäusewand ergeben. Die Keilstütze 4 ist in axialer Richtung unverrückbar am Gehäusewandkörper, hier in ringartiger Form, angeordnet, es könnte auch eine mehrteilige Ausführung in Frage kommen. Die Keilstütze 4 könnte weiter auch einstückig mit der Gehäusewand ausgeführt sein. Im gezeichneten Fall besteht die Möglichkeit die Keilstütze 4 aus einem anderen Material herzustellen als dasjenige des Gehäuses, so dass reibungstechnisch eine günstige, d.h. optimierte Materialpaarung erzielt werden kann.

Die Keilstütze 4 weist der Gegenkeilfläche 10 gegenüberliegend eine weitere Gegenkeilfläche 11 auf, die zum Spannkolben 1 hin geneigt ist. Die Neigung dieser Keilfläche 11 muss grösser sein als die Neigung der Gegenkeilfläche 10. Der Winkel zwischen den beiden Gegenkeilflächen 10,11 entspricht dem Winkel den die beiden Keilflächen 12, 13 des Verriegelungskeils 2 einschliessen.

Dadurch wird im Verriegelungszustand die formschlüssige, vom Vorhandensein des Druckmediums nicht mehr abhängige Abstützung des Spannkolbens 1 durch den Verriegelungskeil 2 erreicht. Im linken Endbereich der Keilstütze 4 mündet der Kanal 14, welcher mit dem Anschluss B für das Druckfluid verbunden ist. Mit dem Anschluss B und dem Kanal 14 kann sowohl der Spannkolben 1 wie der Riegelkolben 3 beaufschlagt werden. Im Raum zwischen den beiden genannten Gegenkeilflächen 10,11 greift der Keil mit seinem die Keilflächen 12, 13 tragenden Bereich ein. An dem, diesem Bereich entgegengesetzten Ende ist der Verriegelungskeil 2 mit dem verschiebbar angeordneten Riegelkolben 3 verbunden, welcher sich im koaxial zum Zylinderraum orientierten weiteren Raum befindet. Durch den Riegelkolben 3 werden die beiden Zylinderkammern 15,16 abgegrenzt, wobei die Kammer 15 durch den Druckanschluss A und die Kammer 16 durch den Druckanschluss B beaufschlagt wird.

Die Verbindung des Verriegelungskeils 2 mit dem Riegelkolben 3 ist hier beispielsweise so gelöst, dass der Riegelkolben 3 auf seiner Stirnseite eine zur Kolbenachse quer verlaufende, einen T-förmigen Querschnitt aufweisende Füh-rungsausnehmung 20 aufweist, in die der Verriegelungskeil 2 mit seinem entsprechend geformten Endbereich eingreift. Damit können die durch den Riegelkolben 3 erzeugten Bewegungen zum Verriegeln und Entriegeln des Spannkolbens 1 praktisch spielfrei in axialer Richtung auf den Verriegelungskeil 2 übertragen werden.

In Querrichtung kann der Verriegelungskeil 2 die erforderlichen Seitenbewegungen, die während des Spann- und Entriegelungsvorgangs durch die geneigte Bahn des Verriegelungskeils 2 bedingt sind, ungehindert ausführen.

Dadurch wird erreicht, dass sich der Verriegelungskeil 2 ohne Zwängung in seiner geneigten Verriegelungsbahn bewegen kann.

Funktionell sind folgende Phasen zu unterscheiden:

Phase 1 : Spannen

Beide Hydraulikanschlüsse A und B werden mit Druckmedium beaufschlagt. Dadurch wird der Spannkolben 1 gegen das zu spannende Objekt ausgefahren. Der Riegelkolben 3 wird von beiden Seiten her beaufschlagt. Infolge der kleineren Kolbenfläche auf der dem Spannkolben 1 abgewendeten Seite erzeugt der Riegelkolben 3 eine Zugkraft auf den Keil 2 entsprechend der Kolbenflächendifferenz mal den während der Bewegung herrschenden Druck am Spannkolben 1. Der Riegelkolben 3 zieht somit leicht am Keil 2, wodurch dieser immer spielfrei an den Gegen-Keilflächen von Spannkolben 1 und Keilstütze 4 anliegt. Der Spannkolben 1 kann aber trotzdem weiter ausfahren, da er sich vom Keil 2 weg bewegt und dadurch die Verkeilung wieder lockert. Der Keil 2 muss sich also um so mehr vom Spann-

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kolben 1 weg bewegen, als sich letzterer zum Spannobjekt hin bewegt.

Spannkolben 1 und Keil 2 führen folglich eine gegenläufige Bewegung aus. Beim Auftreffen des Spannkolbens 1 auf das zu spannende Objekt beginnt der Druck anzusteigen und die Kräfte nehmen zu.

Phase 2: Verriegeln

Eine geeignete Steuerung schaltet den Anschluss A nach Erreichen des maximalen Spanndrucks auf drucklosen Zustand, während der Anschluss B weiterhin den vollen Druck erhält. Der Spannkolben 1 wirkt also ununterbrochen auf das zu spannende Objekt, während der Riegelkolben 3 durch nunmehr nur einseitige Druckbeaufschlagung via Anschluss B mit seiner vollen Kraft am Keil 2 zieht.

Phase 3 : Gespannt und verriegelt

Das Keilsystem, bestehend aus Keil 2, Keilstütze 4 und Spannkolben 1 ist nun fest ineinander verkeilt, wodurch der Spannkolben 1 nicht mehr zurückweichen kann, auch nicht bei Wegfall des Druckes am Anschluss B.

D.h. das Drucksystem kann drucklos gemacht werden, während die Spannkraft mechanisch gehalten bleibt.

Phase 4: Entsperren

Zum Lösen des Spannkolbens 1 wird lediglich der Anschluss A unter Druck gesetzt, wodurch der Riegelkolben

3 auf den Keil 2 drückt und ihn löst, wodurch auch der Spannkolben 1 sich wieder frei bewegen kann. Dieser wird z.B. mittels einer externen Feder zurückgestossen. Er verdrängt das Druckfluid aus dem Anschluss B zurück in die s Antriebseinheit.

Die beschriebene Lösung erlaubt insbesondere das Spannen und Verkeilen des Spannkolbens 1 praktisch ohne Setzvorgang während oder nach dem Wegfall des Spanndruckes, was für alle Spann- oder Klemmvorgänge, insbeson-10 dere bei extrem starren (unelastischen) Systemen von gröss-ter Bedeutung ist.

Ein nachträgliches Setzen wird durch die vorhergehende Druckbeaufschlagung und die damit verbundene Vordehnung der Materialien auf ein absolutes Minimum reduziert, ls Die Erfindung lässt sich auf mancherlei Art abwandeln und ist nicht auf das gezeigte Ausführungsbeispiel beschränkt. Es könnte z.B. der konsolartig auskragende Teil des Spannkolbens 1 wegfallen und der Verriegelungskeil 2 in einem nicht durchgehenden Schlitz eines durchgehend 20 zylindrischen Spannkolbens 1 angeordnet sein. Ferner wird die Neigung der miteinander in Kontakt stehenden Keil- und Gegenkeilflächen in jedem Fall so gewählt, dass eine selbsthemmende Verkeilung erfolgt. Die Durchmesser der beiden Kolben können z.B. auch gleich gross sein, ebenso sind 25 andere Durchmesser-Kombinationen möglich. Auch bezüglich der Materialwahl der Einzelteile der Spanneinheit besteht ein weiter Spielraum in Frage kommender Werkstoffe.

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I Blatt Zeichnungen

Claims

663826 PATENTANSPRÜCHE

1. Druckfluid beaufschlagbare, verriegelbare Spannzylinder-Kolbeneinheit, mit einem Gehäuse (6), welches Anschlüsse (A,B) zur Versorgung der Spannzylinder-Kolben-einheit mit Druckfluid und eine Einbauöffnung (7) aufweist, in der ein Raum gebildet ist, in dem ein Spannkolben (1) verschiebbar angeordnet ist, der im genannten Raum einen das Druckfluid aufnehmenden Zylinderraum abgrenzt, wobei der Zylinderraum mit einem der Druckfluid-Anschlüsse (B) in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, dass im wesentlichen koaxial zur Einbauöffnung ein weiterer Raum im Gehäuse (6) gebildet ist, in dem ein Riegelkolben (3) verschiebbar angeordnet ist, der den weiteren Raum in zwei Zylinderkammern (15,16) unterteilt, wobei die eine Zylinderkammer (15) mit einem weiteren der Druckfluid-Anschlüsse (A) und die andere Zylinderkammer (16) mit dem erstgenannten Druckfluid-Anschluss (B) in Verbindung steht, so dass der Zylinderraum des Spannkolbens (1) und die andere Zylinderkammer (16) des Riegelkolbens (3) miteinander mit Druckfluid beaufschlagbar sind, und dass im Gehäuse (6) zwischen dem Spannkolben (1) und dem Riegelkolben (3) Mittel zum Verriegeln des Spannkolbens (1) im drucklosen Zustand angeordnet sind, welche Mittel einen Verriegelungskeil (2) aufweisen, der durch den Riegelkolben (3) betätigbar ist und dessen Keilflächen (12,13) mit Gegen-keilflächen ( 10,11 ) am Spannkolben und am Gehäuse zusammenwirken, um den Spannkolben (1) nach erfolgtem Spann-und Verriegelungsvorgang in drucklosem Zustand formschlüssig dauernd zu verriegeln.

2. Spannzylinder-Kolbeneinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Verriegelungskeil (2)

einen im wesentlichen rechteckförmigen Querschnitt hat, und die Keilflächen (12,13) einander gegenüberliegend an den Schmalseiten des Keils (2) angeordnet sind.

3. Spannzylinder-Kolbeneinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Verriegelungskeil (2) zum Riegelkolben (3) hin verjüngt.

4. Spannzylinder-Kolbeneinheit nach einem der Ansprüche 1 -3, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegungsrichtung des Verriegelungskeils (2) geneigt zur Verbindungslinie zwischen dem Zylinderraum und der anderen Zylinderkammer (16) verläuft, wobei die Neigung vorzugsweise 7,5° zur genannten Verbindungslinie beträgt.

5. Spannzylinder-Kolbeneinheit nach einem der Ansprüche I -4, dadurch gekennzeichnet, dass die Keilflächen ( 12,13) des Keils (2) einen Winkel von 1-10° einschliessen.

6. Spannzylinder-Kolbeneinheit nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, dass die eine Keilfläche (12) des Keils (2) mit der Gegenkeilfläche ( 10) des Spannkolbens zusammenwirkt und die andere Keilfläche

7. Spannzylinder-Kolbeneinheit nach einem der Ansprüche 1 -6, dadurch gekennzeichnet, dass die Gegenkeilfläche (10) des Spannkolbens ( I ) an einem konsolartig auskragenden Teil (9) des Spannkolbens (1) ausgebildet ist,

wobei der genannte Teil (9) sich an der Gehäusewand, insbesondere an der genannten Keilstütze (4), quer zur Spannrichtung abstützt.

8. Spannzylinder-Kolbeneinheit nach einem der Ansprüche 1 -7, dadurch gekennzeichnet, dass der Verriegelungskeil (2) so mit dem Riegelkolben (3) verbunden ist, dass quer zur Bewegungsrichtung des Riegelkolbens (3) keine formschlüssige Kraftübertragung zwischen Riegelkolben (3) und Verriegelungskeil (2) stattfinden kann.

9. Spannzylinder-Kolbeneinheit nach einem der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, dass der Riegelkolben (3) eine zur Bewegungsrichtung des Kolbens (3) quer verlaufende T-förmige Nut aufweist, in die der Verriegelungskeil (2) mit seinem einen Ende eingreift, so dass der Verriegelungskeil (2) durch den Riegelkolben zur Durchführung des Spann-, Verriegelungs- und des Entriegelungsvorgangs betätigt werden kann.

10. Spannzylinder-Kolbeneinheit nach einem der Ansprüche 1-9, dadurch gekennzeichnet, dass der Riegelkolben (3) auf der dem Verriegelungskeil (2) abgewandten Seite einen im Gehäuse aufgenommenen Führungsfortsatz (17) aufweist und dass die wirksamen Riegelkolbenflächen nicht gleich gross sind.

11. Spannzylinder-Kolbeneinheit nach einem der Ansprüche 1-10, dadurch gekennzeichnet, dass der Zylinderraum durch eine abgedichtet angeordnete Zylinderhülse (5) des Gehäuses begrenzt ist.

12. Spannzylinder-Kolbeneinheit nach einem der Ansprüche 1-11, dadurch gekennzeichnet, dass die Achsen des Riegelkolbens (3) und des Spannkolbens (1) fluchtend verlaufen.

13. Spannmittel für ein Werkstück mit einer Spannzylinderkolbeneinheit nach einem der Ansprüche 1-12.

( 13) sich an der Gegenkeilfläche (11) einer in Spannrichtung unverschiebbar angeordneten Keilstütze (4) der Gehäusewand abstützt, welche genannten Gegenkeilflächen (10,11) in verriegeltem und drucklosem Zustand den Verriegelungskeil formschlüssig abstützen.

14. Spannmittel Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass dieses ein Maschinenschraubstock ist.