CZ291273B6 - Upínací zařízení s rotační průchodkou pracovní kapaliny - Google Patents

Abstract

Rota n pr chodka (20) je opat°ena prvn kluznou t snic plochou (21), uspo° danou na ovl dac m elementu (2), nebo na s n m pevn spojen m d lu. Druh kluzn t snic plocha (22), kter je obr cena k prvn kluzn t snic plo e (21), je upravena na prvn m t snic m d lu (23) rota n pr chodky (20), uspo° dan m neoto n a axi ln pohybliv nez visle na prvn kluzn t snic plo e (21). Prvn t snic d l (23) je p°edepjat sm rem mimo t snic kontakt s prvn kluznou t snic plochou (21). Mezi v°etenem (1) a ovl dac m elementem (2) up nac ho prvku je uspo° d na vnit°n silov jednotka.\

Description

Oblast techniky

Vynález se týká upínacího zařízení s rotační průchodkou pracovní kapaliny pro stroje rotující vysokými otáčkami, zejména pro obráběcí stroje s dutým vřetenem, otočným kolem centrální osy, dimenzovaným pro vysoké otáčky, opatřeným pro upínání a uvolňování předmětů upínacím prvkem, jehož ovládací element je upraven na nebo ve vřetenu a je s ním otočný, přičemž ovládací element je uložen axiálně pohyblivě na vřetenu.

Dosavadní stav techniky

Upínací zařízení tohoto provedení jsou sama o sobě známa a neliší se příliš od upínacích zařízení s rotačními průchodkami pro nízké otáčky. Taková upínací zařízení se obyčejně používají na obráběcích strojích, které mají otočné vřeteno, na jehož volném konci je za pomoci upínacího mechanizmu, který není předmětem tohoto vynálezu, upnut obráběcí nástroj, nebo obráběný polotovar a rotuje vysokými otáčkami. Záběrem nástroje na obráběném polotovaru vznikají nejen třísky, ale také vlivem tření tepelná energie. Jak teplo vznikající třením, tak i třísky z obrobku se musí co možno nejrychleji odstranit z pracovní oblasti obrobku, aby se neporušil. Odstraňování třísek při frézování není žádným problémem, ale u vrtání ano. Obyčejně se používá tlakový vzduch nebo vodně olejová emulze, která je vstřikována do pracovní oblasti nástroje a přitom odstraňuje třísky a zároveň odvádí tepelnou energii. Zatímco při mnoha obráběcích postupech, zejména u frézování, je možno přivádět tlakový vzduch, nebo chladicí a oplachovací prostředek zvenku, jsou jiné obráběcí postupy, jako například vyvrtávání, u kterého přivádění chladicího a oplachovacího prostředku zvenku nestačí k odstraňování vznikajících třísek a odvádění tepelné energie. Pro takové oblasti použití jsou určeny nástroje s vnitřním přívodem chladicího média. Nástroje toho druhu mají například centrální axiální podélné vrtání, které vyúsťuje někde v blízkosti pracovní oblasti nástroje v jednom nebo několika výstupních otvorech. Tomu musí také odpovídat dimenzování upínacího mechanizmu a vřetene pro vnitřní přívod chladicího prostředku, to znamená, že upínací mechanizmus, stejně jako vřeteno jsou duté a umožňují tak přívod chladicího prostředku podél centrální osy, přičemž tento chladicí a oplachový prostředek může do zadního konce nástroje vstupovat a z předních otvorů vystupovat. Je jasné, že používání takových obráběcích strojů není omezeno jen na těžce přístupné pracovní oblasti, ale mohou se také používat ve snadno přístupných pracovních oblastech, protože se tím požadované množství chladicího nebo oplachového prostředku dá často značně snížit.

Takové obráběcí stroje musí být vybaveny vhodnou rotační průchodkou, protože chladicí a oplachový prostředky musí být přechovávány v nádobě, která se neotáčí s vřetenem a odtud musí být přiváděny do rotujícího vřetena. K tomu účelu se používají obvykle rotační průchodky s těsnicími plochami, v podstatě kolmými k rotační ose, které po sobě vzájemně kloužou.

Aby se umožnila rychlá automatická výměna nástrojů, jsou kromě toho mnohé takové obráběcí stroje vybaveny upínacími zařízeními, kde upínací mechanizmus zahrnuje speciálně upravený nástrojový hřídel, přičemž potřebná upínací síla se v mnoha případech získává pomocí takzvaného ovládacího elementu, například táhla, které prochází vnitřkem vřetena podél rotační osy, a které je spojeno s upínacím mechanizmem na volném konci vřetena takovým způsobem, že se upínání a uvolňování provádí jen axiálním pohybem ovládacího elementu. Předložený vynález se vztahuje na všechna upínací zařízení s otočnými průchodkami, u kterých ovládací element při upínání nebo uvolňování vykonává axiální pohyb.

Z důvodu výrobních tolerancí a také kvůli opotřebení nástrojů a nářadí, ale také dílů upínacího mechanizmu a upínacího zařízení samotného, je přitom nezbytné, aby se axiální poloha

- 1 CZ 291273 B6 upínacího mechanizmu při různých upnutých nástrojích mohla měnit. Pro rotační průchodku to znamená, že vzdor různé axiální poloze ovládacího elementu, který je upraven na vřetenu nebo ve vřetenu, musí vždy zabezpečovat těsné dosednutí kluzných těsnicích ploch rotační průchodky.

Dosud známá upínací zařízení s rotačními průchodkami mají značné nevýhody. Buďto jsou upínací zařízení s rotačními průchodkami mimořádně náchylná k opotřebení, tj. kluzná těsnění se při vysokých otáčkách již po krátké době stávají nepoužitelnými a musí být nahrazena, anebo s nimi není pro vysoké otáčky předem počítáno. To platí zejména pro takové rotační průchodky, u kterých jsou kluzné těsnicí plochy vytvořeny na axiálně nepohyblivých částech, což je zpravidla spojeno se zvětšením rotujících hmot a/nebo jejich odstupem od ložisek, takže jsou pro vysoké otáčky nevhodné. Přitom se pro potřeby této přihlášky za vysoké otáčky považuje rozsah otáček mezi 15 000 a 30 000 otáček za min., zejména mezi 20 000 a 30 000 otáček za min. Z toho samozřejmě nevyplývá, že předložený vynález nemůže být použit na rotačních strojích s nižšími otáčkami, nebo na strojích s vyššími otáčkami. Celkově se dá říci, že nejsou známa upínací zařízení s rotačními průchodkami, která by byla bez nadměrného opotřebení těsnění nebo ložisek vhodná pro otáčky okolo 20 000 ot./min.

Cílem vynálezu proto je vytvořit upínací zařízení s rotační průchodkou popsaného druhu, které bude vhodné pro vysoké otáčky a zároveň bude počítat s možností různých axiálních poloh upínacího prvku, aniž by byly těsnící plochy vystaveny nadměrným nárokům, které by vedly k velkému opotřebení těsnění nebo ložisek.

Podstata vynálezu

Vytčeného cíle se dosahuje upínacím zařízením s rotační průchodkou pracovní kapaliny pro stroje rotující vysokými otáčkami, zejména pro obráběcí stroje s dutým vřetenem, otočným kolem centrální osy, dimenzovaným pro vysoké otáčky, opatřeným pro upínání a uvolňování předmětů upínacím prvkem, jehož ovládací element je upraven na nebo ve vřetenu a je s ním otočný, přičemž ovládací element je uložen axiálně pohyblivě na vřetenu, podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že mezi vřetenem a ovládacím elementem upínacího prvku je uspořádána vnitřní silová jednotka. Rotační průchodka je opatřena první kluznou těsnicí plochou, uspořádanou na ovládacím elementu, nebo na s ním pevně spojeném dílu. Druhá kluzná těsnicí plocha, která je obrácena k první kluzné těsnicí ploše, je upravena na prvním těsnicím dílu rotační průchodky, uspořádaném neotočně a axiálně pohyblivě nezávisle na první kluzné těsnicí ploše. První těsnicí díl je předepjat směrem mimo těsnicí kontakt s první kluznou těsnicí plochou.

Výhodou upínacího zařízení s rotační průchodkou pracovní kapaliny podle vynálezu je skutečnost, že síla nutná ke stlačení pružinového svazku se nepřenáší na ložiskové uložení vřetena, takže nedochází k jeho předčasnému opotřebení.

Axiální pohyblivost těsnicího dílu, opatřeného druhou těsnicí plochou ajeho předpětí mimo těsnicí kontakt, vede ktomu, že těsnicí plochy mají vzájemný odstup a nedotýkají se. Tím se zabrání zejména velkým třecím silám, které by jinak mohly vznikat, když je poloha druhé těsnicí plochy axiálně neměnná, zatímco první těsnicí plocha vlivem výrobních tolerancí a tolerancí opotřebení, zaujímá různé axiální polohy. Různé polohy zaujímá upínací mechanizmus pokud je opotřeben, nebo na základě normálních výrobních tolerancí. Zvětšuje se tím, nebo zmenšuje pouze vzájemný odstup mezi oběma kluznými plochami, dokud na kluzné těsnění nepůsobí tlak přiváděného média. Teprve když na kluzné těsnění zapůsobí tlak, pohybuje se druhá kluzná těsnicí plocha ve směru k první kluzné těsnicí ploše, až se obě dostanou spolu do kontaktu a při dalším zvyšování tlaku se odpovídající prvek, například předepnutý zpětný ventil, zabezpečí, aby přiváděné médium bylo dále přiváděno i do vřetena, popřípadě do ovládacího elementu a aby přitom zmíněné těsnicí plochy v tomto stavu k sobě těsně přiléhaly. Současně může být přitom ložisko vřetena umístěno v poměrně malé axiální vzdálenosti od kluzných těsnících ploch a tím

-2CZ 291273 B6 blíže přechodu z rotujících na stojící části stroje, než by bylo možné při uspořádání těsnicích ploch na druhé straně axiálně pohyblivého upínacího prvku.

Ve výhodném provedení vynálezu je prvkem, jehož činností se druhá kluzná těsnicí plocha přivede do kontaktu s první těsnicí plochou, tvořen zpětným ventilem, který je předepnut. Předpínací síla ventiluje větší než předpínací síla, která odtlačuje druhou kluznou těsnicí plochu od první kluzné těsnicí plochy. To zajišťuje, že při působení tlaku se nejprve vytvoří kontakt těsnicích ploch a potom se otevře zpětný ventil. Na těsnicí plochy potom působí pouze rozdíl zmíněných předpínacích sil.

Kromě toho je výhodné provedení, u kterého má těsnicí díl, opatřený druhou těsnicí plochou, určitou vůli, pokud jde onaklápění vzhledem kose otáčení. Také to umožňuje vyrovnání výrobních tolerancí a zajišťuje, že obě kluzné těsnicí plochy nezávisle na takových tolerancí, nebo na chybách ve vyrovnání, popřípadě vsouososti, na sebe přilehnou v jedné rovině a na velké ploše. Dále je v této souvislosti také výhodné provedení vynálezu, u kterého má těsnicí díl, opatřený kluznou těsnicí plochou, na svém konci, odvráceném od kluzné těsnicí plochy, druhou těsnicí plochu, popřípadě přechod těsnění mezi kónickou plochou a alespoň částečně kulovitou plochou. Takové přechody mezi kulovou plochou a kónusem vytvářejí kontakt po těsnicí linii, přičemž díl, který je opatřen kulovou plochou, se vzhledem kdílu, opatřenému kónickou plochou, může naklopit ve větším úhlovém rozsahu a obráceně, aniž by se porušil kontakt těsnicích linií. Při malých, v praxi nevyhnutelných, chybách souososti, se tímto provedením dosahuje toho, že těsnicí díl může rotovat kolem rotační osy vřetena, rovnoběžně přesazené podle své osy symetrie, popřípadě podle osy symetrie samotné rotační průchodky, aniž by tím mohl být negativně ovlivněn kontakt kterýchkoliv těsnicích ploch rotační průchodky.

U tohoto provedení je zmíněný zpětný ventil výhodně použit v dalším těsnicím dílu, který při pohledu ve směru proudění, leží ještě před přechodem kulový vrchlík/kónus.

Výhody předloženého vynálezu spočívají především v tom, že je možno dosáhnout relativně vysokých otáček vřetena stroje, aniž by došlo k nepřiměřenému opotřebení kluzných těsnicích ploch a k větším únikům kapaliny. Upínací zařízení podle vynálezu je vhodné zvláště pro vysoké otáčky v rozsahu mezi 15 000 a 30 000 otáček za minutu, zejména pro otáčky nad 20 000 otáček za minutu.

Když je rotační průchodka integrována do montážních dílů, které mají mezi vřetenem a táhlem upínacího zařízení vnitřní silovou jednotku, opírá se ovládací element s výhodou přes pružinový svazek nebo podobně o vřeteno ve směru upínání. Směr upínání je obvykle směr osově dovnitř k rotační průchodce. Jestliže se na ovládací element nepůsobí tlakovou kapalinou, tlačí pružinový svazek, který se opírá na jedné straně o vřeteno a na druhé straně o ovládací element, ovládací element osově dovnitř, takže těsnicí plochy, z nichž jedna je upravena na konci ovládacího elementu, se vzájemně ksobě přibližují, ale ještě se nedotýkají, protože kluzná těsnicí plocha těsnicího dílu rotační průchodky, na kterou nepůsobí tlak, je předepnuta směrem mimo těsnicí kontakt, aby se získala určitá vůle pro axiální koncovou polohu první kluzné těsnicí plochy na táhlu. Ovládání ovládacího elementu, tj. uvolnění upínacího mechanizmu se děje obyčejně hydraulicky, popřípadě také pneumaticky. Přitom se mluví o vnitřním silové jednotce, když ovládací zařízení zabírá na jedné straně bezprostředně za vřeteno a na druhé straně za ovládací element bez zpětného záběru na uložení vřetena. To je důležité, protože ložiska vřeten, běžících ve vysokých otáčkách, nemají být pokud možno vystavena silným axiálním zatížením, která se vyskytují při ovládání ovládacího elementu. Ložiska vřetena tedy nejsou v žádném okamžiku vystavena působení upínacích sil, které působí mezi vřetenem a táhlem.

Podle vynálezu je vnitřní silovou jednotkou například sestava axiálně pohyblivého válce, který je axiálně veden ve stojící části stroje, která je opatřena také jedním nebo více ložisky pro vřeteno. Uvnitř pístu je volně pohyblivě veden kroužkový píst. Kroužkový píst má zase na své vnitřní

-3 CZ 291273 B6 straně úchytné prvky pro vzájemný záběr s vřetenem, popřípadě s výstupky vřetena, které se výhodně dostanou v určité poloze pootočení do záběru na způsob bajonetového uzávěru s těmito úchytnými prvky, takže kroužkový píst se může opřít v axiálním směru, a to v obou axiálních směrech, o ven vyčnívající výstupky vřetena. Přitom ale zůstává vřeteno v kroužkovém pístu volně otočné, tj. odpovídající úchytné prvky a výstupky se dostanou spolu do záběru svůlí. Kroužkový píst je ovladatelný tlakem axiálně z obou stran. Příslušný válec kroužkového pístu je pevně spojen s ovládacím prvkem ovládacího elementu a také skrytem rotační průchodky. Kroužkový píst je jen omezeně axiálně pohyblivý, protože jeho úchytné prvky v obou axiálních směrech narazí na vyčnívající výstupky vřetena, jakmile přejde pohyb pístu přes mrtvý chod mezi výstupky vřetena a úchytnými prvky pístu. Vřeteno má v postatě obecně pevnou axiální polohu, která je dána rychloběžnými ložisky. Jestliže na píst uvnitř válce zapůsobí tlak, opře se píst o výstupky vřetena a působí odpovídající protisilou na axiálně pohyblivý válec. Ten s sebou unáší ovládací prvek ovládacího elementu a současně také rotační průchodku, takže se odstup těsnicích ploch rotační průchodky zmenšuje o předem danou vůli mezi ovládacím prvkem k táhlu a pístu k úchytným prvkům vřetena. Přitom zůstává ale ještě mezi kluznými těsnicími plochami zbytková vůle, kterou odstraní teprve působení tlaku na rotační průchodku, vyvoláním axiálního pohybu těsnicího dílu rotační průchodky.

Tím je vnitřní silový styk vyvozený vnitřní silovou jednotkou mezi vřetenem, kroužkovým pístem, válcem a ovládacím prvkem úplný, aniž by jakékoliv ložisko vřetena nebo těsnicí plochy rotační průchodky, bylo zatíženo upínacími silami.

Uspořádání podle vynálezu má výhodu v tom, že všechny díly, obklopující horní konec vřetena a ovládacího elementu, zejména kroužkový píst, válec s ovládacím prvkem a krytem rotační průchodky a rotační průchodka sama, jsou sice axiálně pohyblivé a částečně také pohyblivé proti sobě, nikoliv však otočně pohyblivé. Otáčející se díly jsou výhradně vřeteno a ovládací element, přičemž ložisko vřetena by mělo být uloženo pokud možno nejblíže výstupkům vřetena, popřípadě blízko kroužkového pístu, aby se dosáhlo podepření vřetena v blízkosti rychle rotujícího horního konce vřetena a ovládacího elementu. Tím se dosáhne velmi příznivých podmínek pro ložisko a velmi nízkého zatížení ložiska, díky malé hmotnosti rotujících částí. Současně je to kombinováno s působením vnitřní silové jednotky, aby se během upínání a uvolňování co nejvíce zabránilo zatížení ložiska a také rotační průchodka je odpovídajícím způsobem přizpůsobena a společně s válcem a také uvnitř jeho pouzdra je axiálně pohyblivá, takže také zatížení kluzného těsnění je minimální a dosahuje se velké trvanlivosti při vysokých otáčkách.

Přehled obrázků na výkrese

Vynálezu bude blíže vysvětlen s odkazy na výkresy, na kterých jednotlivé obrázky znázorňují:

obr. 1 řez částí obráběcího stroje s koncem vřetena, s ovládacím elementem a rotační průchodkou obr. IA detail IA z obr. 1, obr. 2 řez provedením podle obr. 1 v jiné provozní poloze, obr. 2A detail IIA z obr. 2, obr. 3 rotační průchodka v pracovní poloze podle obr. 2.

-4CZ 291273 B6

Příklady provedení vynálezu

Na obr. 1 je část otočného vřetena 1 a ovládacího elementu 2, tvořeného táhlem, uspořádaným uspořádané uvnitř vřetena 1. Ovládací element 2 je největší částí své délky bez vůle kluzně uložen ve vřetenu 1 aje v blízkosti svého pravého konce předepjat pružinovým svazkem 7 směrem doprava. V rámci tohoto popisu jsou ve vztahu k obr. 1 pojmy vpravo a axiálně dovnitř používány jakožto synonyma a označují stejný směr. Levý konec vřetena 1 a také ovládacího elementu 2 nejsou zakresleny. Na tomto levém konci je upraven upínací mechanizmus, který má přídržné zařízení pro nástroje nebo obrobky, které jsou pevně drženy pomocí upínacího mechanizmu, který je zase ovládán ovládacím elementem 2. Zde nakreslený pravý konec vřetena 1 je radiálně rozšířen, aby se získalo místo pro pružinový svazek 7, který se na neznázoměné levé straně opírá o příslušné, dovnitř orientované, rameno vřetena 1, které zde také není zakresleno. Pravý konec pružinového svazku 7 se opírá o pouzdro 15, jehož poloha je zajištěna na ovládacím elementu 2 pomocí dvou šroubových matic 4. Šroubové matice 4 dovolují axiální posun a justaci nastavení pouzdra 15. Šroubové matice 4, nebo mezi ně vložený kruhový kotouček a, slouží zároveň jako úchytná plocha pro ovládací zařízení, což bude později ještě popsáno.

Výstupky 6' prstencového prvku 6 jsou pevně spojeny s vřetenem 1 a jsou na něm axiálně zajištěny. Ve znázorněném příkladu bajonetového závěru stojí proti těmto výstupkům 6' dovnitř vyčnívající výčnělky 5, popřípadě jiné úchytné prvky pístu 5, přičemž mezi výstupky 6' a odpovídajícími výčnělky 5' je axiální vůle e, postačující proto, aby v koncové poloze pístu 5 umožňovala volné otáčení vřetena 1 s prstencovým prvkem 6 vůči pístu 5.

Píst 5 je obklopen válcem 12, který je axiálně pohyblivě veden v pevně stojící části 8 stroje. Válec 12 je tedy uvnitř pevně stojící části 8 stroje pohyblivý v axiálním směru aje přitom pevně spojen s ovládacím prvkem 10, který má dorazovou plochu 16 pro záběr s kruhovým kotoučkem 4a na pravém konci ovládacího elementu 2. S ovládacím prvkem 10 je zase pevně spojeno pouzdro 11 pro rotační průchodku 20.

Nejprve budou u zařízení podle vynálezu popsány postupy uvolnění a upínání, přičemž pojmy uvolnění a upínání se vztahují na pochody, týkající se nástrojů, které jsou přidržovány na nezakresleném levém konci vřetena 1 pomocí rovněž nezakresleného upínacího mechanizmu, přičemž však ovládání tohoto upínacího mechanizmu se uskutečňuje ovládacím elementem 2 a prvky, zobrazenými na obr. 1 a 2. Přitom jsou jednotlivé prvky znázorněny na obr. 1 tak, že jejich poloha odpovídá upnutému stavu upínacího mechanizmu, zatímco obr. 2 ukazuje uvolněnou polohu, což odpovídá ovládacímu elementu 2, posunutému axiálně doleva proti působení síly pružinového svazku 7. Přepnutí z jedné do druhé polohy se dosáhne působením tlaku vždy v jednom ze dvou kruhových tlakových prostorů AaB mezi pístem 5 a válcem 12 (viz obr. 1). Odpovídající přívody k tlakovým prostorům A, B přes hydraulické ovládací přípojky 13 jsou označeny A’ a B\

Vyjde-li se z polohy upnuto upínacího mechanizmu a má-li se přejít do polohy uvolněno, působí se tlakem na kruhový tlakový prostor A mezi pístem 5 a válcem 12, zatímco tlak z kruhového tlakového prostoru B se vypustí. To vede nejprve k malému axiálnímu pohybu kroužkového pístu 5 doprava, což odpovídá předpokládané vůli mezi ůchytnými výčnělky 5' pístu 5 a výstupky 6' prstencového prvku 6, jak je dobře vidět na dolní polovině obr. 1. Poté, co se o sebe navzájem opřou výčnělky 5' a výstupky 6' se místo pístu 5 pohybuje již jen válec 12 axiálně směrem doleva a přitom s sebou unáší ovládací prvek 10 a pouzdro 11 rotační průchodky 20. Jakmile je překlenuta vůle d na obr. 1 mezi dorazovou plochou 16 a kotoučkem 4a axiálním pohybem ovládacího prvku 10, narazí dorazová plocha 16 na kotouček 4a a tlačí tím při dostačujícím tlaku v tlakovém prostoru A ovládací element 2 proti síle pružinového svazku 7 doleva. Pohyb ovládacího elementu 2 ovládá nezakreslený upínací mechanizmus, který uvolní

-5CZ 291273 B6 nezakresiený sevřený nástroj. Při upínání, například po zasazení nového nástroje, se nejdříve pouze sníží tlak v tlakovém prostoru A, přičemž pružinový svazek 7 pohybuje ovládacím elementem 2 a tím také ovládacím prvkem 10 a válcem 12 doprava, přičemž se tlakový prostor A vyprázdní. Axiální pohyb ovládacího elementu 2 je přitom omezen jen nezakresleným upínacím 5 mechanizmem. Avšak, jak je vidět na vůli d dorazové plochy 16 vůči kotoučku 4a, a jak se také pozná na vůli e mezi výčnělky 5' na kroužkovém pístu 5 a výstupky 6' prstencového prvku 6 na vřetenu 1, nedosahuje se ještě axiálním pohybem pružinového svazku 7 koncového stavu, znázorněného na obr. 1, ve kterém také pružinový svazek 7 sám vytváří upínací sílu pro upnutí nástroje. Protože se však vřeteno 1 a ovládací element 2 otáčejí vůči částem které je obklopují, 10 například vůči kroužkovému pístu 5 a ovládacímu prvku 10. musí se mezi těmito částmi opět vytvořit odpovídající vůle. Této vůle pro ovládací prvek 10 se dosáhne předepjatým uložením válce 12, kterým je válec 12 předpnut směrem doprava. Přitom je pojistným kroužkem 17 definován pravý koncový doraz válce 12 na stojící části 8 stroje. Vůle mezi vnitřními výčnělky 5' na pístu 5 a vnějšími výstupky 6' prstencového prvku 6 na vřetenu 1 se pak vytvoří tím, že se 15 působí tlakem na tlakový prostor B, takže vnější axiální kruhová plocha pístu 5, axiálně ohraničující kruhové tlakové prostory A a B, dosedne na dno kruhového tlakového prostoru A. Tato poloha je na obr. 1 nakreslena jako konečná a vřeteno 1 je pak dohromady s ovládacím elementem 2 a všemi na nich upevněnými částmi vůči kroužkovému pístu 5 a také vůči ovládacímu prvku 10 rotační průchodky 20 a také vůči pouzdru 11 rotační průchodky 20, volně 20 otočné.

V nezobrazeném provedení je také možné sílu, vyvozenou tlakem v tlakovém prostoru B, vyvozovat silou pružiny.

V dalším bude věnována bližší pozornost záběru, popřípadě způsobu součinnosti kluzných kotoučů 18, 19 s jejich těsnicími plochami 21, 22. Jak ukazují obr. 1 a 2, jsou kluzné kotouče 18, 19 s kluznými těsnicími plochami 21, 22, vytvořeny jako separátní montážní díly, vložené do ovládacího elementu 2 a do těsnicího dílu 23. Bylo by však také možné stávající čelní plochu ovládacího elementu 2 a těsnicího dílu 23 upravit odpovídajícím způsobem, například pokrýt 30 vrstvou, aby mohly sloužit jako kluzné těsnicí plochy 21, 22.

Se znázorněnou vůlí s leží proti první kluzné těsnicí ploše 21 levého kluzného kotouče 18 ovládacího elementu 2 druhá kluzná těsnicí plocha 22 pravého kluzného kotouče 19, upravená v prvním těsnicím dílu 23, který je v axiálním směru předepnut doprava silou pružiny 27. Není-li 35 rotační průchodka 20 vystavena působení tlaku, nastaví se vůle s znázorněná na obr. 1. Tato vůle sse může měnit a závisí zejména na tom, zda upínací mechanizmus zajišťuje přesně axiální polohu ovládacího elementu 2 v upnutém stavu, nebo zda se tato poloha vlivem výrobních tolerancí, nebo v závislosti na upnutém nástroji, případně na stavu jeho opotřebení, více nebo méně mění. Obě těsnicí plochy 21 a 22 se za provozu uvedou do kontaktu tak, že se do přívodu ⁴⁰ 14 pro chladicí prostředek, nebo pracovní kapalinu, přivede médium pod tlakem P. Je zřejmé, že zpětný ventil 26 je zabudován ve válcovém pouzdru druhého těsnicího dílu 25 (pístu), který je axiálně pohyblivý v pouzdru 11 rotační průchodky 20. Levý konec druhého těsnicího dílu 25 má podobu kruhové výseče z kulové plochy, to je tvar kulového vrchlíku. První těsnicí díl 23 je opatřen na svém pravém konci, který je obrácen směrem k druhému těsnicímu dílu 25, vhodnou 45 kónickou plochou, která dohromady s kulovou plochou na druhém těsnicím dílu 25 vytváří těsnicí linii. Toto provedení umožňuje nepatrné naklopení dílu 23 vůči druhému těsnicímu dílu 25 vzhledem ke společné ose 3, aniž by se přerušil těsnicí záběr podle linie mezi kulovou plochou a kónickou plochou. Totéž dále umožňuje nejen pomocí vodicích kolíčků 29 uložit první těsnicí díl 23 axiálně pohyblivě, ale také připustit nepatrné vyklopení těsnicího dílu 23 vzhledem 50 k ose 3. Tím je zaj ištěno, že obě kluzné těsnicí plochy 21,22 na sebe v každém případě přilehnou plošně a pevně.

Obě těsnicí plochy 21,22 kluzných kotoučů 18, 19 přilehnou tím, že se do přívodu 14 zavede médium pod dostatečně velkým tlakem P. Tímto tlakem P, který působí jak na kouli 28 zpětného

-6CZ 291273 B6 ventilu 26, tak také na čelní těsnicí plochy druhého těsnicího dílu 25, je tlačen druhý těsnicí díl 25 v axiálním směru doleva a tlačí tím první těsnicí díl 23 proti síle pružiny 24 k dosednutí těsnicích ploch 21, 22. Přitom je protisíla, vyvozovaná pružinou 24, menší než síla potřebná k tomu, aby stlačením pružiny 27 otevřela zpětný ventil 26. Poté co kluzné těsnicí plochy 21, 22 dosednou, otevře se při dalším stoupání tlaku P zpětný ventil 26. Přiváděná pracovní kapalina potom může volně proudit přívodem 14 a vnitřkem dutého ovládacího elementu 2 k neznázoměnému nástroji, popřípadě k obrobku.

Ve stavu bez tlaku těsnicí plochy 21, 22 nepřiléhají. To souvisí s tím, že vůle s mezi těsnicími plochami 21, 22 je větší než vůle d a vůle e dohromady. Když se upínací mechanizmus působením tlaku v kruhovém tlakovém prostoru A uveden v činnost, překlene nejprve píst 5 vůli e a následně se překlene také větší vůle d mezi dorazovou plochou 16 a kotoučkem 4a. Teprve nyní se axiálně pohybuje ovládací element 2 směrem doleva. V tomto případě se tak děje nezávisle na působení tlaku P v přívodu 14. Přitom je však na základě pružného uložení těsnicích dílů 23, 25 při stavu bez tlaku P mezi těsnicími plochami 21, 22 k dispozici vůle ť. Tím se zabraňuje poškození kluzných těsnicích ploch 21. 22. Přitom se může kdykoliv přivést přívodem 14 chladicí nebo oplachové médium nezávisle na tom, je-li ovládací element 2 v upnutém nebo uvolněném stavu. Vůle mezi těsnicími plochami 21, 22 v obou různých stavech upínání zařízení (a bez působení tlaku na rotační průchodku) je zvláště jasně znát na detailním vyobrazení na obr. 1A a2A.

Na obr. 3 je ještě jednou nakreslena rotační průchodka 20 s pouzdrem 11. Přitom jsou jednotlivé díly označeny stejnými vztahovými značkami jako na obr. 1.

Na obr. 3 je vidět pouzdro 11 rotační průchodky 20. Na levé části obr. 3 je vidět kromě toho ještě konec ovládacího elementu 2, přičemž tento konec může mít například tvar pouzdra, nasazeného na ovládací element 2. Uspořádání a funkce kluzných kotoučů 18, 19 s jejich kluznými těsnicími plochami 21, 22 jsou takové jak již bylo popsáno s odkazy na obr. 1.

Radiálně odstávající díl 34 na pravém konci ovládacího elementu 2 je díl labyrintového těsnění, které zde není blíže popsáno.

Vlastní rotační průchodka 20, která je zapuštěna v pouzdru 11, zahrnuje dva těsnicí díly 23 a 25, které jsou spolu v záběru přes těsnicí plochu 32 tvaru kulového vrchlíku a kónickou těsnicí plochu 31. Oba těsnicí díly 23 a 25 jsou axiálně pohyblivě vedeny v pouzdru 11. Druhý těsnicí díl 25 je opatřen úzkým kluzným uložením, které je na vnější straně utěsněno elastickým těsněním 33. První těsnicí díl 23 je naproti tomu uložen ve vrtání, jehož průměr je větší než vnější průměr prvního těsnicího dílu 23 a v takto utvořeném kruhovém prostoru 30 je uspořádána předpínací pružina 24 a také vodicí kolíčky 29. Vodicí kolíčky 29 jsou pevně ukotveny ve vrtáních pouzdra 11, probíhajících rovnoběžně. Vodicí kolíčky 29 by měly být nejméně tři, výhodně šest, ale i více. Na své vnější straně je první těsnicí díl 23 opatřen ještě axiálně probíhajícími drážkami 36, ve kterých jsou vodicí kolíčky 29 částečně zachyceny. Přitom vodicí kolíčky 29 se pohubují v drážkách 36 s vůlí, takže první těsnicí díl 23 může být sklopen o malé úhly kolem centrální osy 3. Tady se ukazuje výhoda záběru mezi těsnicí plochou 32 tvaru kulového vrchlíku a kónickou těsnicí plochou 31, protože při této úpravě těsnicích ploch 31, 32 zůstává při sklopení prvního těsnicího dílu 23 vůči druhému těsnicímu dílu 25 zachován těsnicí kontakt mezi těsnicí plochou 32 tvaru kulového vrchlíku a kónickou těsnicí plochou 3L

V radiálním směru zasahují mezi vodicí kolíčky 29 vyvýšení 37, která slouží jako opěrky pro pružinu 24. Druhý konec pružiny 24 se opírá o pojistný prstenec 35, zapuštěný v obvodové kruhové drážce ve vrtání pouzdra H. Tím je těsnicí díl 23 předepjat v axiálním směru doprava a tlačí těsnicí plochy 31. 32 pevně k sobě. Druhý těsnicí díl 25 má na své vnější straně radiálně vyčnívající osazení 42, které dosedne na odpovídající, radiálně dovnitř vyčnívající osazení 43

-7CZ 291273 B6 axiálního vrtání pouzdra 11 a tak vytváří koncový doraz pro oba axiálně přesunutelné těsnicí díly 23,25.

Těsnicí díl 23 obsahuje, jak ukazuje obr. 3, předepjatý zpětný ventil 26. Zpětný ventil 26 se skládá v podstatě z koule 28, zapadající do sedla, které je uspořádáno uvnitř druhého těsnicího dílu 25. Pružina 27 zpětného ventilu 26 vyvozuje přitom větší předepínající sílu než pružina 24 prvního těsnicího dílu 23. To znamená, že pokud na axiální vrtání pouzdra 11 a tím také na zpětný ventil 26 a druhý těsnicí díl 25 zapůsobí tlak, pohybují se nejprve oba těsnicí díly 23, 25 společně doleva, přičemž je pružina 24 prvního těsnicího dílu 23 stlačována, avšak pružina 27 zpětného ventilu 26 drží svou polohu. Teprve až po axiálním pohybu těsnicích dílů 23, 25 přilehne druhá těsnicí plocha 22 prvního těsnicího dílu 23 na protilehlou první kluznou těsnicí plochu 21 a při dále se zvyšujícím tlaku přitékající pracovní kapaliny se teprve může otevřít zpětný ventil 26, přičemž koule 28 je tlačena proti síle pružiny 27 zpětného ventilu 26 doleva. V tomto stavu může oplachové a/nebo chladicí médium proudit radiálním vrtáním 38 pouzdra 11 a centrálními vrtáními 39, 40, 41 těsnicích dílů 23. 25 a ovládacího elementu 2 k levému konci vřetena 1 za účelem ovládání (nezakresleného) upínacího mechanizmu.

Ke znázorněným polohám jednotlivých prvků na obr. 3 je třeba ještě poznamenat, že u zařízení podle vynálezu není ovládací element 2, respektive jeho první těsnicí plocha 21 v kontaktu s druhou těsnicí plochou 22, když jsou těsnicí díly 23, 25 ve své nejkrajnější poloze vpravo na doraz. V tomto stavu je mezi těsnicími plochami 21., 22 ponechána vůle s’ o velikosti asi 0,5 0,25 mm, jak je dobře vidět v detailním pohledu na obr. 2A. Při převádění pracovní kapaliny se tato vůle íť přemostí stlačením pružiny 24 prvního těsnicího dílu 23 a přesunutím těsnicích dílů 23, 25 doleva, jakmile postačí tlak vyvozený pracovní kapalinou ke stlačení pružiny 24 prvního těsnicího dílu 23. Až když se dosáhne kontaktu těsnicích ploch 21, 22, otevře se při dalším zvyšování tlaku také zpětný ventil 26.

PATENTOVÉ NÁROKY

Claims (9)

1. Ke znázorněným polohám jednotlivých prvků na obr. 3 je třeba ještě poznamenat, že u zařízení podle vynálezu není ovládací element 2, respektive jeho první těsnicí plocha 21 v kontaktu s druhou těsnicí plochou 22, když jsou těsnicí díly 23, 25 ve své nejkrajnější poloze vpravo na doraz. V tomto stavu je mezi těsnicími plochami 21., 22 ponechána vůle s’ o velikosti asi 0,5 0,25 mm, jak je dobře vidět v detailním pohledu na obr. 2A. Při převádění pracovní kapaliny se tato vůle íť přemostí stlačením pružiny 24 prvního těsnicího dílu 23 a přesunutím těsnicích dílů 23, 25 doleva, jakmile postačí tlak vyvozený pracovní kapalinou ke stlačení pružiny 24 prvního těsnicího dílu 23. Až když se dosáhne kontaktu těsnicích ploch 21, 22, otevře se při dalším zvyšování tlaku také zpětný ventil 26.

   PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Upínací zařízení s rotační průchodkou (20) pracovní kapaliny pro stroje rotující vysokými otáčkami, zejména pro obráběcí stroje s dutým vřetenem (1), otočným kolem centrální osy (3), dimenzovaným pro vysoké otáčky, opatřeným pro upínání a uvolňování předmětů upínacím prvkem, jehož ovládací element (2) je upraven na nebo ve vřetenu (1) a je s ním otočný, přičemž ovládací element (2) je uložen axiálně pohyblivě na vřetenu (1), vyznačující se tím, že mezi vřetenem (1) a ovládacím elementem (2) upínacího prvku je uspořádána vnitřní silová jednotka, přičemž rotační průchodka (20) je opatřena první kluznou těsnicí plochou (21), uspořádanou na ovládacím elementu (2), nebo na s ním pevně spojeném dílu a druhá kluzná těsnicí plocha (22), která je obrácena k první kluzné těsnicí ploše (21), je upravena na prvním těsnicím dílu (23) rotační průchodky (20), uspořádaném neotočně a axiálně pohyblivě nezávisle na první kluzné těsnicí ploše (21) a první těsnicí díl (23) je předepjat směrem mimo těsnicí kontakt s první kluznou těsnicí plochou (21).
2. 2. Upínací zařízení podle nároku 1,vyznačující se tím, že vnitřní silová jednotka zahrnuje píst (5) a válec (12), které jsou uloženy neotočně a axiálně pohyblivě vůči stojící části (8) stroje.
3. 3. Upínací zařízení podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že píst (5) je vytvořen jako kroužkový píst a je opatřen dovnitř vyčnívajícími výčnělky (5'), které tvoří spolu

   -8CZ 291273 B6 s odpovídajícími výstupky (6') na prstencovém prvku (6) vřetena (1) bajonetový závěr pro axiální spojení pístu (5) a vřetena (1), které zůstává vůči pístu (5) volně otočné.
4. 4. Upínací zařízení podle jednoho z nároků 1 až 3, vyznačující se tím, že ovládací element (2) upínacího prvku je tvořen dutým táhlem, procházejícím vnitřkem dutého vřetena (1), přičemž ovládací element (2) tvoří současně vedení pracovní kapaliny.
5. 5. Upínací zařízení podle nároku 2, v y z n a č u j í c í se tím , že s válcem (12) je spojeno pouzdro (11) pro rotační průchodku (20), ve kterém jsou axiálně pohyblivě uloženy první těsnicí díl (23) a druhý těsnicí díl (25).
6. 6. Upínací zařízení podle nároku 1,vyznačující se tím, že rotační průchodka (20) je opatřena předepjatým zpětným ventilem (26), který’ je uložen axiálně pohyblivě spolu s prvním těsnicím dílem (23), přičemž zpětný ventil (26) je otevíratelný ve směru k vřetenu (1) teprve po překročení tlaku pracovní kapaliny, který je předem nastaven předpjetím zpětného ventilu (26), přičemž předpínací síla zpětného ventilu (26) je větší než předpínací síla, která odtlačuje první těsnicí díl (23) ze záběru s první kluznou těsnicí plochou (21).
7. 7. Upínací zařízení podle nároku 1 nebo 6, vyznačující se tím, že první těsnicí díl (23) je v pouzdru (11) rotační průchodky (20) uložen s vůli pro umožnění naklápění vzhledem k ose (3) otáčení.
8. 8. Upínací zařízení podle jednoho z nároků 1, 6, 7, vyznačující se tím, že první těsnicí díl (23) má na svém konci, obráceném k přítoku pracovní kapaliny a k axiálně pohyblivému druhému těsnicímu dílu (25), těsnicí přechod, který je vytvořen mezi kónickou plochou jednoho z obou axiálně pohyblivých těsnicích dílů (23,25) a kulovitou plochou druhého z axiálně pohyblivých těsnicích dílů (23, 25).
9. 9. Upínací zařízení podle nároku 8, vyznačující se tím, že druhý těsnicí díl (25) je mimo oblast těsnicího přechodu k prvnímu těsnicímu dílu (23) vytvořen v podstatě jako duté válcovité těleso, v jehož vnitřku je uložen zpětný ventil (26).