DD255499A1 - Ein- oder mehrfachspanneinrichtung mit abgestufter, hydraulischer spannkrafteinstellung - Google Patents

Abstract

Die Mehrfachspanneinrichtung ist vorzugsweise fuer den Aufbau auf mobile Werkstueckpaletten in automatischen Maschinensystemen geeignet. Nach dem Spannvorgang mittels des Druckstromaggregates eines Spannplatzes wird die Mehrfachspanneinrichtung abgekuppelt und ermoeglicht unabhaengig von hydraulischer und elektrischer Energiezufuhr stufenfoermige Spannkraftaenderungen. Der hoechste Spanndruck wird von einem Gasblasen-Druckspeicher erzeugt, dem der Anzahl der Spanndruckstufen entsprechende Gasblasen-Druckspeicher, jeweils durch ein entsperrbares Rueckschlagventil getrennt, nachgeschaltet sind. Die Vorspannung der Gasblasen-Druckspeicher ist den abgestuften Spanndruecken proportional. Eine nochmalige Spanndruckerhoehung ist durch einen Nachfuelldruckspeicher ueber ein entsperrbares Rueckschlagventil ermoeglicht.

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Ein- oder Mehrfachspanneinrichtung mit abgestufter, hydraulischer Spannkrafteinstellung, deren Spannkraft, von einem Druckspeicher gestützt, von einem oder mehreren Spannzylindern umgesetzt sowie mittels steuerbarer Ventile veränderbar ist.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Zur Qualitätserhöhung, insbesondere bei verzugsempfindlichen Werkstücken, sind Spanneinrichtungen bekannt, welche die Einstellbarkeit der Spannkraft in Abhängigkeit vom jeweils vorgesehenen Arbeitsgang, z. B. Grob-, Fein- oder Feinstbearbeitung, ermöglichen. Aus der DE-OS 2458958 ist eine Vorrichtung in einer Werkzeugmaschine zum Steuern der Spannkraft einer Haltevorrichtung bekannt, wobei die Spannkraft durch einen Druckmittelkolben und eine Ventilsteuerung veänderlich, indem die für die Herabsetzung der Spannkraft zu beaufschlagende Seite des Druckmittelkolbens mit einem Druckmittelspeicher durch ein Ventil verbindbar ist, welches beim Übergang von der einen Spannkraft zu der anderen vorübergehend zu öffnen ist. Dabei besitzt der Druckspeicher ein so geringes Volumen, daß er bei Beaufschlagung des Druckmittelkolbens die von diesem ausgeübte Spannkraft nicht vollständig aufheben kann.

Aus der DE-OS 3043837 ist eine Spannkraftregeleinrichtung für hydraulische Werkstückspanneinrichtungen bekannt, bei welcher das beim Spannvorgang abfließende Druckmittel durch ein Druckeinstellventil vorspannbar ist und die Differenz der Drücke in den Zylinderräumen des Spannzylinders als Spannkraft einsetzbar ist. Mit dem Druckeinstellventil sind zwei Druckstufen einstellbar, wobei die Bewegung des Kolbens im Druckeinstellventil über zwei Drosseln zeitlich regelbar ist und zur Umkehr der Kraftverhälnisse am Spannzylinder ein zustätzliches Wegeventil dient.

Bei diesen spannkraftveränderlichen Spanneinrichtungen erweist sich der großefertigungstechnische Aufwand und Platzbedarf als Nachteil, dessen Ursache ein erforderliches Druckstromaggregat, ein umfangreicher Geräteaufwand und eine auf die Maschinensteuerung abgestimmte Steuerung ist.

EinweitererNachteil dieser Spanneinrichturigen ist ihr auf maschinengebunden stationär beschränkter Einsatz, dessen Ursache auf die ständige Abhängigkeit von einem Druckstromaggregat und einer elektrischen Stromquelle zurückzuführen ist.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung ist eine Ein- oder Mehrfachspanneinrichtung mit veränderbarer Spannkraft, welche mit minimalem fertigungstechnischen Aufwand und bei geringstem Platzbedarf einen maschinenunabhängigen, standortveränderlich erweiterten Einsatzbereich erschließt.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Ein- oder Mehrfachspanneinrichtung mit abgestufter, hydraulischer Spannkrafteinstellung, deren Spannkraft, von einem Druckspeicher gestützt, von einem oder mehreren Spannzylindern umgesetzt sowie mittels steuerbarer Ventile veränderbar ist, zu schaffen, welche in eine mobile Werkstückauflage, z. B.

Werkstückpalette integriert, nach dem Spannvorgang des Werkstückes, im von einem Druckstromaggregat abgekuppelten Zustand und unabhängig von einer elektrischen Stromquelle im automatischen Betrieb einstellbar ist.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß von eingangsseitigen Schnellkupplungshälften mit Absperreinrichtungen jeweils eine Leitung parallel an die kolbenstangenseitigen bzw. kolbenseitigen Zylinderräume der Spannzylinder angeschlossen ist, wobei die spanndruckbeaufschlagbare Leitung mittels einer Nebenleitung zu dem Druckspeic her abgezweigt, über eine Absperreinrichtung zu einem zweiten Druckspeicher abgezweigt und über eine weitere Absperreinrichtung an einen dritten Druckspeicher angeschlossen ist.

Ein vorzugsweise Ausbildung der Erfindung besteht darin, daß im Spannzustand die Schnellkupplungshälften von einem Druckstromaggregat getrennt sind, wobei der Druckspeicher der zweite Druckspeicher und der dritte Druckspeicher eine in dieser Reihenfolge abgestufte, den vorbestimmt abgestuften Spannkräften proportionale Vorspannung besitzen und der Druckspeicher ein auf den vorbestimmt höchsten Spanndruck bemessenes Ölvolumen besitzt.

Ein weiterer Vorzug der Erfindung ist, daß die Absperreinrichtungen durch in Strömungsrichtung zu den Spannzylindern öffnende, mechanisch entsperrbare Rückschlagventile realisiert sind.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist darin zu sehen, daß die mechanischen Entsperreinrichtungen der Rückschlagventile über eine mechanische Kupplung so miteinander verbunden sind, daß das zwischen dem Druckspeicher und dem zweiten Druckspeicher angeordnete Rückschlagventil allein entsperrbar, das zwischen dem zweiten und denrudritten Druckspeicher angeordnete Rückschlagventil nur gemeinsam mit dem zwischen dem Druckspeicher und dem zweiten Druckspeicher angeordneten Rückschlagventil entsperrbar ist.

Eine vorteilhafte Weiterausbildung besteht darin, daß von der Nebenleitung, vor dem zwischen Druckspeicher und zweiten Druckspeicher angeordneten mechanisch entsperrbaren Rückschlagventil, eine Nachfülleitung abgezweigt ist, an welche ein Nachfülldruckspeicher angeschlossen und diesem ein in Strömungsrichtung zum Nachfülldruckspeicher öffnendes, mechanisch entsperrbares Rückschlagventil vorgeschaltet ist.

Von Vorteil für die Ausgestaltung der Erfindung ist dabei, daß der Nachfülldruckspeicher ein um ein mehrfach größeres Volumen als der Druckspeicher besitzt und eine Vorspannung aufweist, mit welcher durch die Aufnahme des für den Druckspeicher erforderlichen Ölvolumens dessen vorbestimmter höchster Spanndruck erreicht ist.

Es kann in anderer Weise auch vorteilhaft sein, daß der Nachfülldruckspeicher und der Druckspeicher gleiche Volumina besitzen, der Nachfülldruckspeicher eine höhere Vorspannung als der Spanndruck des Druckspeichers aufweist und über eine dem Ölvolumen des Druckspeichers entsprechende Ölfüllung verfügt.

Eine Ausgestaltung der Erfindung besteht vorzugsweise auch darin, daß alle Druckspeicher einschließlich Nachfülldruckspeicher als Gasblasen-Druckspeicher ausgebildet sind.

Schließlich ist ein Vorteil darin zu sehen, daß die mechanischen Entsperreinrichtungen der Rückschlagventile mit einem Betätigungsdorn in der Arbeitsspindel der jeweiligen Maschine in eine achsgleiche Stellung einstellbar sind.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll nachfolgend an Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. In der dazugehörigen Zeichnung zeigen:

Fig. 1: eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Ein- und Mehrfachspanneinrichtung, Fig. 2: eine schematische Darstellung gemäß Fig. 1 mit einer zusätzlichen Nachfülleinrichtung.

Die Fig. 1 zeigt zwei eingangsseitige Schnellkupplungshälften 1; 2 mit Absperreinrichtungen, deren zwei zugeordneten anderen Schnellkupplungshälften die gesteuerten Ausgänge eines Druckstromaggregates (nicht dargestellt) bilden. Die Schnellkupplungshälftei ist über eine Leitung 3 parallel an kolbenstangenseitigen Zylinderräume 4; 5; 6 von Spannzylindern 7; 8; 9 einer Mehrfachspanneinrichtung angeschlossen. DieSchnellkupplungshälfte2 ist über eine Leitung 10 parallel auf kolbenseitige Zylinderräume 11; 12; 13 der Spannzylinder 7; 8; 9 geschaltet. Von der spanndruckbeaufschlagbaren Leitung 10 ist eine Nebenleitung 14 abgeleitet und zu einem Druckspeicher 15 abgezweigt. In der weitergeführten Nebenleitung 14 ist ein mechanisch entsperrbares Rückschlagventil 16; in Durchflußrichtung zu den Spannzylindern 7; 8; 9 öffnend, angeordnet und nach diesem Rückschlagventil 16die Nebenleitung 14zu einem zweiten Druckspeicher 17 abgezweigt. Hinter dieser Abzweigung ist die Nebenleitung 14 über ein weiteres mechanisch entsperrbares Rückschlagventil 18, mit Durchflußrichtung zu den Spannzylindern 7; 8; 9, geführt. Nach diesem Rückschlagventil 18 ist die Nebenleitung 14 an einem dritten Druckspeicher 19 angeschlossen. Die mechanischen Entsperreinrichtungen 20; 21 der Rückschlagventile 16 bzw. 18 sind durch eine mechnische Kupplung 22 derartig miteinander verbunden, daß die mechanische Entsperreinrichtung 20 des Rückschlagventil 16 allein betätigbar ist, jedoch bei Betätigung der Entsperreinrichtung 21 des Rückschlagventils 18 die Entsperreinrichtung 20 des Rückschlagventils 16 mitbetätigt wird.

In der Fig. 2 ist eine vorteilhafte Ergänzung der in Fig. 1 gezeigten und vorstehend beschriebenen, erfindungsgemäßen Mehrfachspanneinrichtung dargestellt, durch welche die Möglichkeit eingeräumt wird, nach erfolgter stufenförmiger Spannkraftabsenkung abermals die höchste Spannkraftstufe und deren Abstufung bereitzustellen. Hierzu ist gemäß Fig. 2 von der Nebenleitung 14, vor dem zwischen dem Druckspeicher 15 und dem zweiten Druckspeicher 17 angeordneten mechanisch entsperrbaren Rückschlagventil 16, eine Nachfülleitung 23 abgezweigt und an einen Nachfülldruckspeicher 24 angeschlossen. Diesem Nachfülldruckspeicher 24 ist in der Nachfülleitung 23 ein mechanisch entsperrbares Rückschlagventil 25 mit einer mechanischen Entsperreinrichtung 26 vorgeschaltet, welches in Durchflußrichtung zum Nachfülldruckspeicher 24 öffnet. Hierbei kann als Nachfülldruckspeicher 24 sowohl ein solcher zum Einsatz kommen, dessen Volumen mehrfach größer ist als die gleichgroßen Volumina des Druckspeichers 15, des zweiten Druckspeichers 17 und des dritten Druckspeichers 19, als auch ein solcher, dessen Volumen so groß ist wie das Volumen des Druckspeichers 15. Die sich aus der jeweils zur Anwendung kommenden Volumengröße ergebenden technologischen und wirkungsmäßigen Unterschiede werden im Rahmen der Beschreibung der Wirkungsweise näher erläutert.

Die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Mehrfachspanneinrichtung ist folgende:

Die Ausgangsposition der auf eine Werkstückpalette montierten erfindungsgemäßen Mehrfachspanneinrichtung soll beispielsweise der Spannplatz eines automatischen Fertigungssystems sein. Das zu bearbeitende Werkstück ist mittels eines Handhabungsroboters in die Mehrfachspanneinrichtung eingelegt und die automatische Kontrolle der richtigen Spannlage erfolgt. Ein dem Spannplatz zugehöriges Druckstromaggregat ist mit seinen beiden gesteuerten Leitungen mittels Schnellkupplungshälften mit den Schnellkupplungshälften 1; 2 mit Absperreinrichtungen verbunden. Die Gasblasen des Druckspeichers 15, des zweiten Druckspeichers 17 und des dritten Druckspeichers 19 sind in der genannten Reihenfolge abgestuft vorgespannt, wobei die Vorspannung den vorbestimmten abgestuften Spannkräften proportional ist. Der vom Druckstromaggregat geförderte Druckölstrom gelangt über die Schnellkupplungshälfte 2 in die Leitung 10 und die kolbenseitigen Zylinderräume 11; 12; 13, wobei er den für den Spannhub der Spannzylinder 7; 8; 9 erforderlichen Druck aufbaut. Mit dem Anliegen der von den Spannzylindern 7; 8; 9 betätigten Spannelementen am Werkstück baut sich der Druck weiter auf, wobei der Druckspeicher 15 ein wachsendes Ölvolumen aufnimmt bis der vorbestimmte höchste Spanndruck erreicht ist. Das beim geschilderten Spannvorgang aus den kolbenstangenseitigen Zylinderräumen 4; 5; 6 verdrängte Ölvolumen gelangt über Leitung 3 und die Schnellkupplungshälfte 1 in den Vorratsbehälter des Druckstromaggragates. In diesem Spannzustand wird die Mehrfachspanneinrichtung mit ihren Schnellkupplungshälften 1; 2 vom Druckstromaggregat getrennt und kann nunmehr, völlig abgekuppelt von hydraulischen und elektrischen Versorgungsleitungen, mit der Werkstückpalette mittels einer automatischen Transporteinrichtung beispielsweise einer Fertigungszelle zugeführt werden. Nach erfolgter Grobbearbeitung kann der Spanndruck für die nachfolgende Feinbearbeitung abgesenkt werden, um durch die Spannung verursachte elastische Verformung des Werkstückes abzubauen. Dazu wird mittels Werkzeugwechseleinrichtung die Arbeitsspindel der Fertigungszelle mit einem Betätigungsdorn bestückt, der vorzugsweise das nachfolgend benötigte Werkzeug sein kann, und dieser mit der mechanischen Entsperreinrichtung 20 des Rückschlagventils 16

in eine achsgleiche Stellung gebracht. Mit diesem Betätigungsdorn wird das Rückschlagventil 16 entsperrt, so daß das Ölvolumen des Druckspeichers 15 in den zweiten Druckspeicher 17 entleert wird und sich dabei der vorbestimmte Spanndruck für die nachfolgende Feinbearbeitung aufbaut. Nach der Entleerung des Druckspeichers 15 wird die Entsperreinrichtung 20 des Rückschlagventils 16 in seine Ausgangsstellung gebracht und damit das Rückschlagventil 16 wieder geschlossen. Das bei der nachfolgenden Feinbearbeitung anfallende Lecköl der Mehrfachspanneinrichtung wird vom zweiten Druckspeicher 17 über das mechanisch entsperrbare Rückschlagventil 16 ergänzt. In nach der Feinbearbeitung eine Feinstbearbeitung von Flächen oder Bohrungen des Werkstückes vorgesehen, so kann aufgrund der geringen Bearbeitungskräfte zur Erhöhung der Fertigungsqualität die Spannkraft zum weitestgehenden Abbau der elastischen Verformungen des Werkstückes nochmals abgesenkt werden. Dazu wird mit dem Betätigungsdorn die mechanische Entsperreinrichtung 21 des Rückschlagventils 18 angefahren und dieses entsperrt. Gleichzeitig mit der mechanischen Entsperreinrichtung 21 wird mittels der mechanischen

Kupplung 22 die mechanische Entsperreinrichtung 20 des Rückschlagventiles 16 betätigt, so daß das Ölvolumen aus dem zweiten Druckspeicher 17 in den dritten Druckspeicher 19 verdrängt wird und sich dabei bis in die Spannzylinder 7; 8; 9 der Spanndruck auf den für die Feinstbearbeitung vorbestimmten Wert abbaut. Hiernach werden die mechanischen Entsperreinrichtungen20; 21 der Rückschlagventile 16; 18 in ihre Ausgangsstellung gebracht und damit die Rückschlagventile 16; 18 geschlossen. Das während der Feinstbearbeitung anfallende Lecköl der Mehrfachspanneinrichtung wird über die mechanisch entsperrbaren Rückschlagventile 16; 18 aus dem dritten Druckspeicher 19 ergänzt.

Erfordert der technologische Bearbeitungsablauf im Rahmen einer Vier-oder Fünfseitenbearbeitung eine der Feinstbearbeitung folgende Grobbearbeitung, so ist dies durch Ergänzung der Mehrfachspanneinrichtung, gemäß Fig. 2, mit einem Nachfülldruckspeicher 24 ermöglicht. Kommt hierbei ein Nachfülldruckspeicher 24 mit einem mehrfach größeren Volumen als der Druckspeicher 15 zum Einsatz, so ist der Nachfülldruckspeicher 24 so vorzuspannen, daß beim Aufbau des Spanndruckes mittels des Druckstromaggregates mit dem für den Druckspeicher 15 erforderlichen Ölvolumen der vorbestimmte höchste Spanndruck des Druckspeichers 15 erreicht ist.

Wird dagegen ein Nachfülldruckspeicher 24 mit gleich großem Volumen wie der Druckspeicher 15 angewandt, so ist dieser höher als der höchste Spanndruck des Druckspeichers 15 vorzuspannen. Mit dem Druckstromaggregat erfolgt dann eine Auffüllung des Nachfülldruckspeichers 24 mit dem für den Druckspeicher 15 erforderlichen Ölvolumen. Da die Auffüllung gleichzeitig mit dem Druckspeicher 15 erfolgt, herrscht in diesem ein höherer als der vorbestimmte höchste Spanndruck. Aus diesem Grund wird nachfolgend der Druckspeicher 15 über ein Wegeventil des Druckstromaggregates mit einem Druckbegrenzungsventil verbunden, das auf den vorbestimmten höchsten Spanndruck eingestellt ist und den Druck im Druckspeicher 15 auf diesen Wert absenkt.

Das Nachfüllen des Druckspeichers 15 erfolgt in analoger Weise wie oben erläutert, wobei mit dem Betätigungsdorn die mechanische Entsperreinrichtung 26 angefahren wird, so daß sich das Ölvolumen des Nachfülldruckspeichers 24 über das Rückschlagventil 25 in den Druckspeicher 15 entleeren kann. Damit steht wiederholt der größte Spanndruck für eine Grobbearbeitung zur Verfügung, der auch nochmals, wie oben beschrieben, auf einen Spanndruck für die Feinbearbeitung abgesenkt werden kann.

Claims (9)

1. Ein- oder Mehrfachspanneinrichtung mit abgestufter, hydraulischer Spannkrafteinstellung, deren Spannkraft, von einem Durckspeicher gestützt, von einem oder mehreren Spannzylindern umgesetzt sowie mittels steuerbarer Ventile veränderbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß von eingangsseitigen Schnellkupplungshälften (1; 2) mit Absperreinrichtungen jeweils eine Leitung (3; 10) parallel an die kolbenstangenseitigen bzw. kolbenseitigen Zylinderräume (4; 5; 6 bzw. 11; 12; 13) der Spannzylinder (7; 8; 9) angeschlossen ist, wobei die spanndruckbeaufschlagbare Leitung (10) mittels einer Nebenleitung (14) zu dem Druckspeicher (15) abgezweigt, über eine Absperreinrichtung zu einem zweiten Druckspeicher (17) abgezweigt und über eine weitere Absperreinrichtung an einen dritten Druckspeicher (19) angeschlossen ist.

2. Ein- oder Mehrfachspanneinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Spannzustand die Schnellkupplungshälften (1; 2) von einem Druckstromaggregat getrennt sind, wobei der Druckspeicher (15), der zweite Druckspeicher (17) und der dritte Druckspeicher (19) eine in dieser Reihenfolge abgestufte, den vorbestimmt abgestuften Spannkräften proportionale Vorspannung besitzen und der Druckspeicher (15) ein auf den vorbestimmt höchsten Spanndruck bemessenes Ölvolumen besitzt.

3. Ein- oder Mehrfachspanneinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Absperreinrichtungen durch in Strömungsrichtung zu den Spannzylindern (7; 8; 9) öffnende, mechanisch entsperrbare Rückschlagventile (16; 18) realisiert sind.

4. Ein- oder Mehrfachspanneinrichtung nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die mechanischen Entsperreinrichtungen (20; 21) der Rückschlagventile (16; 18) über eine mechanische Kupplung (22) so miteinander verbunden sind, daß das zwischen dem Druckspeicher (15) und dem zweiten Druckspeicher (17) angeordnete Rückschlagventil (16) allein entsperrbar, das zwischen dem zweiten Druckspeicher (17) und dem dritten Druckspeicher (19) angeordnete Rückschlagventil (18) nur gemeinsam mit dem zwischen dem Druckspeicher (15) und dem zweiten Druckspeicher (17) angeordneten Rückschlagventil (16) entsperrbar ist.

5. Ein- oder Mehrfachspanneinrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß von der Nebenleitung (14), vor dem zwischen dem Druckspeicher (15) und zweiten Druckspeicher (17) angeordneten mechanisch entsperrbaren Rückschlagventil (16), eine Nachfülleitung (23) abgezweigt ist, an welche ein Nachfülldruckspeicher (24) angeschlossen und diesem ein in Strömungsrichtung zum Nachfülldruckspeicher (24) öffnendes, mechanisch entsperrbares Rückschlagventil (25) vorgeschaltet ist.

6. Ein- oder Mehrfachspanneinrichtung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Nachfülldruckspeicher (24) ein um ein mehrfach größeres Volumen als der Druckspeicher (15) besitzt und eine Vorspannung aufweist, mit welcher durch die Aufnahme des für den Druckspeicher (15) erforderlichen Ölvolumens dessen vorbestimmter höchster Spanndruck erreicht ist.

7. Ein- oder Mehrfachspanneinrichtung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Nachfülldruckspeicher (24) und der Druckspeicher (15) gleich Volumina besitzen, der Nachfülldruckspeicher (24) eine höhere Vorspannung als der Spanndruck des Druckspeichers (15) aufweist und über eine dem Ölvolumen des Druckspeichers (15) entsprechende Ölfüllung verfügt.

8. Ein- oder Mehrfachspanneinrichtung nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß alle Druckspeicher (15; 17; 19) einschließlich Nachfülldruckspeicher (24) als Gasblasen-Druckspeicher ausgebildet sind.

9. Ein- oder Mehrfachspanneinrichtung nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die mechanischen Entsperreinrichtungen (20; 21; 26) der Rückschlagventile (16; 18; 25) mit einem Betätigungsdorn, der vorzugsweise das nachfolgend benötigte Werkzeug sein kann, in der Arbeitsspindel der jeweiligen Maschine in eine achsgleiche Stellung einstellbar sind.

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