DD255763A1

DD255763A1 - Druckmittelbetriebener spannzylinder mit klemmvorrichtung

Info

Publication number: DD255763A1
Application number: DD29584386A
Authority: DD
Inventors: Winfried Bautz
Original assignee: Werkzeugmasch Forschzent
Priority date: 1986-11-03
Filing date: 1986-11-03
Publication date: 1988-04-13

Abstract

Die Erfindung betrifft einen druckmittelbetriebenen Spannzylinder mit Klemmvorrichtung, insbesondere zum Spannen von Werkstücken, sowie zum Bewegen und Klemmen von Arbeitsstücken, Supporten, Paletten oder anderen Maschinenteilen. Erfindungsgemäß ist die zur Klemmung vorgesehene Klemmhülse fest mit dem Bestätigungskolben verbunden und wird durch einen Klemmkolben betätigt, dessen Klemmkonus sich in Richtung auf den Betätigungskolben erweitert. Der Innenkonus der Klemmhülse verjüngt sich in Richtung auf den Klemmkolben. Der Klemmkolben liegt in ungeklemmter Stellung am Betätigungskolben an. Die Druckmittelführung wird durch eine Ventilsteuerung mit Pendelkolben vorgenommen. Figur.{Spannzylinder, Klemmvorrichtung, Klemmkonus, Klemmhülse, Ventilsteuerung, Pendelkolben}

Description

Hierzu 1 Seite Zeichnung

Anwendungsgebiet der Erfindung

Das Anwendungsgebiet der Erfindung erstreckt sich auf hydraulisch oder pneumatisch betriebene Spannmittel, insbesondere für den Gebrauch zum Spannen von Werkstücken, sowie zum Bewegen und Klemmen von Arbeitstischen, Supporten, Paletten oder anderen Maschinenteilen.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Spannzylinder mit Klemmvorrichtungen zum Festhalten der Kolbenstange in der Endlage oder in einer anderen Stellung sind in verschiedenen Ausführungen bekannt. Bei einem nach der DE-AS 1552711, B23Q3/08 bekannten Klemmprinzip erfolgt die Klemmung zur Aufrechterhaltung der Spannkraft mit Hilfe einer geschlitzten Klemmbuchse, die an der Kolbenstange angreift.

Das führt bei größeren Spannkräften infolge des hohen Verschleißes zu Formveränderungen an der Kolbenstange und damit zum Versagen der Dichtringe, so daß die Funktionstüchtigkeit in Frage gestellt ist.

Ein weiterer Nachteil der Kolbenstangenklemmung besteht darin, daß zur Erzielung der erforderlichen Klemmkräfte eine entsprechend große Klemmfläche vorhanden sein muß, die bei dem relativ kleinem Durchmesser der Kolbenstange nur durch eine Klemmbuchse mit großer axialer Dimensionierung zustande kommt. Das wirkt sich ungünstig auf die Baulänge des Spannzylindersaus.

Es sind auch Lösungen bekannt, bei denen diese Nachteile dadurch umgangen werden, daß die Klemmbüchse durch Spreizung an der Zylinderfläche des Spannzylinders zur Anlage gelangt.

Eine mechanische Kolbensperre dieser Art ist in der DE-OS 1576097, F15B15/26 beschrieben. Nach der Lehre dieser Erfindungsbeschreibung weist die Kolbenstange einen fest mit ihr verbundenen Betätigungskolben und einen auf ihr axialbeweglichen Klemmkolben auf, der mit einem Klemmkonus versehen ist, welcher in eine am Zylindermantel anliegenden Klemmhülse eingreift, wobei der zwischen dem Betätigungskolben und dem Klemmkolben befindliche Druckraum über eine nicht dargestellte Ventilsteuerung wechselweise mit der Druckmittelzuführung für die Druckräume des Spannzylinders auf der Seite des Betätigungskolbens oder des Klemmkolbens verbunden ist.

In ungeklemmterStellung drückt eine Druckfeder zwischen Betätigungskolben und Klemmkolben den Klemmkolben mit seinem Klemmkonus aus der Klemmhülse heraus. Die Mitnahme der Kolbenstange in Spannrichtung erfolgt damit kraftschlüssig über den Klemmkolben und die Druckfeder, deren Rückkraft der Klemmkraft entgegenwirkt.

Die Klemmwirkung ist dadurch nur beim Anfahren der Kolbenstange an einem unbeweglichen Objekt nutzbar. Bei der Bewegung einer Last tritt die Klemmung schon beim Anfahren in Aktion, also vorzeitig, weil der Beschleunigungsdruck stets größer als der Transportdruck ausfällt und damit sofort die Verstellung des Klemmkolbens in Klemmrichtung bewirkt.

Die Dimensionierung der Druckfeder ist von der angestrebten Spannkraft abhängig. Infolge der Rückkraft der Druckfeder entgegen der Klemmrichtung läßt sich leicht ausrechnen, daß dem Kräftespiel zwischen der zur Klemmung erforderlichen Axialkraft und der wunschgemäß erzielbaren Spannkraft Grenzen gesetzt sind. Die beschriebene Einrichtung ist damit in bezug auf ihr Anwendungsgebiet auf geringe Spannkräfte eingeschränkt und mit einem Unsicherheitsfaktor bezüglich der Klemmsicherheit behaftet.

Ziel der Erfindung

Als Ziel der Erfindung werden folgende Vorteile angestrebt:

— Nutzung des Spannzylinders zum Spannen ortsfester Spannobjekte durch Anfahren und Absicherung der Spannkraft in Spannstellung, sowie Bewegung einer Last, mit Spannung derselben bei Laststillstand,

— Aufbringung größerer Spannkräfte bei sicherer Aufrechterhaltung der Spannkraft infolge der Klemmung.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Mit der Erfindung sollen folgende Aufgaben gelöst werden:

— Der Arbeits- und Beschleunigungsdruck soll ausschließlich auf den Betätigungskolben wirken,

— der Klemmkolben darferst beim Anfahren des zu spannenden Gegenstandes oder bei Stillstand der bewegten Last in der Sollstellung wirksam werden,

— die Mitnahme des Klemmkolbens durch den Betätigungskolben muß formschlüssig erfolgen. Erfindungsgemäß werden diese Aufgaben durch folgende Merkmale gelöst:

Die Klemmhülse ist fest mit dem Betätigungskolben verbunden, wobei der Klemmkonus des Klemmkolbens sich in Richtung auf den Betätigungskolben erweitert und der Innenkonus der Klemmhülse sich in Richtung auf den Klemmkolben verjüngt. Der Klemmkolben liegt in ungespannter Stellung am Betätigungskolben an. Der Innenkonus der Klemmhüse ist vollkegelig ausgebildet oder nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ballig gestaltet, wodurch eine bessere Loslöung des Klemmkonus aus der Klemmhülse möglich ist.

Dadurch, daß der Klemmkoben im ungeklemmten Zustand am Betätigungskolben anliegt, bewirkt der Arbeitsdruck auf den Betätigungskolben zwangsweise mit dem Verschieben des Betätigungskolbens auch die Mitnahme des Klemmkolbens. Weder ein Beschleunigungsdruck noch ein Staudruck, durch äußere Belastung hervorgerufen, kann den Klemmkolben in Richtung der Klemmbewegung verschieben.

Erst beim Erreichen der Spannstellung bewirkt die Ventilsteuerung eine Beaufschlagung des Druckraumes zwischen Betätigungskolben und Klemmkolben, wodurch der Klemmkolben in einer Axialbewegung auf der Kolbenstange sich vom Betätigungskolben entfernt und damit die Klemmung bewirkt.

Ausführungsbeispiel

Weitere Einzelheiten der Erfindung, bezüglich des konstruktiven Aufbaues und der Wirkungsweise des nachstehend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispieles näher erläutert.

Die zugehörige Zeichnung zeigt einen Längsschnitt durch den erfindungsgemäßen Spannzylinder.

Der Spannzylinder besteht aus einem Zylinderkörper 1 und dessen Zylinderbohrung 2 ein Betätigungskolben 3 axialbeweglich gelagert ist. Der Betätigungskolben 3 ist fest mit der Kolbenstange 4 verbunden, die den Zylinderkörper 1 an einer seiner Stirnseiten durchdringt und deren nicht dargestellten Ende ein zu spannendes Werkstück zugeordnet ist. Auf der Kolbenstange 4 ist relativ zum Betätigungskolben 3 axialbeweglich ein Klemmkolben 5 gelagert, dereinen Klemmkonus 6 aufweist. Eine Klemmhülse 7, die mit dem Betätigungskolben 3 fest verbunden ist, übergreift mit ihren Spreizlamellen 8 den Klemmkonus 6.

Diese Spreizlamellen 8 liegen an der Zylinderbohrung 2 gleitfähig an und umschließen mit ihrem dem Klemmkonus 6 zugekehrten Innenseiten einen theoretischen Kegel, von dem jedoch infolge der balligen Gestaltung nur eine Mantellinie am Klemmkonus 6 zur Berührung gelangt, der sich ausgehend vom Klemmkolben 5 in Richtung auf den Betätigungskolben 3 erweitert. Der theoretische Innenkonus der Klemmhülse 7 verjüngt sich in Richtung auf den Klemmkolben 5. In ungeklemmter Stellung derTeile liegt der Klemmkolben 5 an einem Anschlagbund 9 am Betätigungskolben 3 an.

Durch die beschriebene Anordnung werden im Zylinderkörper 1 drei Druckräume gebildet. Ein Druckraum 10 auf der Seite des Klemmkolbens 5, ein Druckraum 11 auf der Seite des Betätigungskolbens 3 und ein Druckraum 12 zwischen Klemmkolben 5 und Betätigungskolben 3. Die Druckmittelzuführung zum Druckraum 10 des Klemmkolbens erfolgt über eine Zuführung 13 im Zylinderkörper 1 und für die Druckmittelzuführung zum Druckraum 11 des Betätigungskolbens 3 ist eine Zuführleitung 14 vorgesehen.

Die zur Betätigung der Klemmvorrichtung notwendige Ventilsteuerung besteht aus einem Pendelkolben 15, der in einer Ventilbohrung 16 in der Kolbenstange 4 axialbeweglich gelagert ist. Der Pendelkolben 15 ist durch beiderseits an seinen Stirnseiten angreifende Druckfedern 17; 18 in einer Mittelstellung gehalten und weist auf jeder Stirnseite je einen Anschlagstift

Als Widerlager für die Druckfeder 18 auf der Seite des Betätigungskolbens 3 ist in die Ventilbohrung 16 eine Anschlagbuchse 21 eingesetzt an der auch der Anschlag stift 20 zur An lage gelangt. Die Verbindung der Ventil bohrung 16 mit dem Druckraum 11 des Betätigungskoibens 3 erfolgt über eine Bohrung 22 in der Anschlagbuchse 21. Auf der linken Seite des Pendelkolbens 15 besteht über einen Stichkanal 23 in der Kolbenstange 4 eine Verbindung zwischen der Ventilbohrung 16 und dem Druckraum 10 des Klemmkolbens 5. In der Lagerbohrung des Klemmkolbens 5 ist eine Ringnut 24 angeordnet, die über einen Stichkanal 25 mit dem Druckraum 12 zwischen Betätigungskolben 3 und Klemmkolben 5 über einen Steuerkanal 26 in der Kolbenstange 4 mit der Ventilbohrung 16 in Verbindung steht. Der Pendelkolben 15 ist an seinem zylindrischen Umfang mit einer Ringnut 27 versehen, von der aus ein Stichkanal 28 auf der Seite des Betätigungskolbens 3 in die Ventilbohrung 16 geführt ist. Die Dimensionierung der

Teile und die Anordnung der Druckmittelführung ist dabei so ausgelegt, daß der Steuerkanal 26 in der Mittelstellung des Pendelkolbens 15 durch dessen zylindrischen Teil verschlossen ist. In der rechten Endstellung des Pendelkolbens 15 ist der Steuerkanal 26 mit der Ringnut 27 des Pendelkolbens 15 verbunden. In der linken Endstellung des Pendelkolbens 15 verschiebt sich dessen rechte Stirnseite soweit nach links, bis die Öffnung des Steuerkanales 26 in der Ventilbohrung 16 freigegeben ist, wodurch die Druckräume 12 und 11 miteinander in Verbindung stehen.

Die Wirkungsweise des erfindungsgemäßen Spannzylinders ist folgende:

Im Ausgangszustand befindet sich der Betätigungskolben 3 in seiner rechten Endlage. Dabei liegt der Klemmkonus 6 am Anschlagbund 9 des Betätigungskolbens 3 an.

Der Pendelkolben 15 wird von den Druckfedern 17; 18 in Mittelstellung gehalten, wobei der Steuerkanal 26 verschlossen ist. Zur Betätigung des Spannzylinders wird der Druckraum 11 für den Betätigungskolben 3 über die Zuführleitung 14 mit Druckmittel beaufschlagt, wodurch sich der Betätigungskolben 3 nach links verschiebt.

Dabei erfolgt das Ausfahren der Kolbenstange 4 und eine formschlüssige Mitnahme des Klemmkolbens 5, der zwischen dessen Klemmkonus 6 und dem Innenkonus der Klemmhülse 7 während der gesamten Bewegungsphase nach links geringes Spiel besteht, so daß weder der anfänglich auftretende Beschleunigungsdruck, noch der Arbeitsdruck ein Einsetzen der Klemmung bewirken können. Der Arbeitsdruck wird über den gesamten Zylinderquerschnitt der Zylinderbohrung wirksam.

Nachdem die Kolbenstange 4 mit einem nicht dargestellten Spannelement auf das Werkstück auftritt, endet zwangsläufig die Bewegung des Betätigungskolbens 3. Gleichzeitig bewirkt der jetzt wirksame Staudruck die Verschiebung des Pendelkolbens 15 nach links, gegen die Kraft der Druckfeder 17, bis der Anschlagstift 19 im Grund der Ventilbohrung 16 anliegt. In dieser Stellung wird der Steuerkanal 26 in der Kolbenstange 4 von der Stirnseite des Pendelkolbens 15 freigegeben und das Druckmedium gelangt über die Bohrung 22, die Ventilbohrung 16, den Steuerkanal 26, die Ringnut 24 und den Stichkanal 25 in den Druckraum

Dadurch verschiebt sich der Klemm kolben 5 mit dem Klemmkonus 6 auf der Kolbenstange 4 nach links, wobei der Klemmkonus 6 an den Spreizlamellen 8 zur Anlage gelangt und diese allseitig gegen die Zylinderbohrung 2 drückt. Damit ist die Klemmung des Betätigungskolbens 3 vollzogen, die infolge der gegebenen Selbsthemmung auch bei Druckabfall wirksam bleibt. Eine zweite Sicherung besteht darin, daß bei Druckabfall der Pendelkolben 15 in die Mittelstellung zurück geht und damit den Steuerkanal 25 verschließt. Dadurch ist dem Druckmittel im Druckraum 12 der Abfluß verwehrt, so daß auch auf diese Weise die gespreizte Klemmlage der Klemmhülse 7 erhalten bleibt.

Die Auflösung der Klemmung erfolgt zwangsweise im Verlauf der Rückzugsbewegung der Kolbenstange 4 vom Werkstück. Dazu wird der Druckraum 10 des Klemmkolbens 5 über die Zuführleitung 13 mit dem Druckmittel beaufschlagt, das durch den Stichkanal 23 in der Kolbenstange 4 in die Ventilbohrung 16 gelangt und den Pendelkolben 15 entgegen der Kraft der Druckfeder 18 nach rechts verschiebt, bis der Anschlagstift 20 an der Anschlagbuchse anliegt. Dadurch wird die Ringnut 27 des Pendelkolbens 15 mit dem Steuerkanal 26 verbunden und das im Druckraum 12 befindliche Druckmedium kann bei der nun folgenden Bewegung des Klemmkolbens 5 nach rechts über den Stichkanal 25, die RingnuF24, den Steuerkanal 26, die Ringnut 27 und dem Stichkanal 28 in den jetzt unbeaufschlagte Druckraum 11 abfließen. Der Klemmkolben 5 bewegt sich nach der Auflösung der Klemmung noch bis zum Anschlagbund 9 und nimmt dann den Betätigungszylinder 3 nach rechts mit, wodurch die Kolbenstange 4 vom Werkstück zurückgezogen wird.

Durch die erfindungsspezifische Gestaltung der Verjüngungsrichtung der Klemmkonen ergibt sich eine in sich geschlossene Kolbeneinheit, die außerhalb des Spannzylinders durch Übereinanderschieben der Klemmkonen montiert wird und die im eingebauten Zustand innerhalb der Zylinderbohrung als durchmesservariabler Betätigungskolben wirksam ist.

Neben der hohen Betriebssicherheit ergibt sich als weiterer Vorteil eine relativ kurze Bauweise.

Claims

1. Druckmittelbetriebener Spannzylinder mit Klemmvorrichtung, dessen Kolbenstange einen fest mit ihr verbundenen Betätigungskolben und einen auf ihr axialbeweglichen Klemmkolben aufweist, der mit einem Klemmkonus versehen ist, welcher in eine am Zylindermantel anliegenden, zwischen Klemmkolben und Betätigungskolben angeordneten Klemmhülse eingreift, wobei der zwischen dem Betätigungskolben und dem Klemmkolben befindliche Druckraum über eine Ventilsteuerung mit den Druckraum des Spannzylinders auf der Seite des Betätigungskolbens verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Klemmhülse (7) fest mit dem Betätigungskolben (3) verbunden ist, wobei der Klemmkonus (6) des Klemmkolbens (5) sich in Richtung auf den Betätigungskolben (7) sich in Richtung auf den Klemmkolben (5) verjüngt und daß der Klemmkolben (5) in ungeklemmter Stellung am Betätigungskolben (3) anliegt.

2. Spannzylinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenkonus der Klemmhülse (7) ballig gestaltet ist.

3. Spannzylinder nach Anspruch 1 oder 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilsteuerung aus einem Pendelkolben (15) besteht, der in der Kolbenstange (4) in einer Ventilbohrung (16) durch beiderseits an seinen Stirnseiten angreifende Druckfeder (17; 18) auf der einen Seite des Pendelkolbens (3) verbunden ist und auf der anderen Seite über einen Stichkanal (23) in der Kolbenstange (4) mit dem Druckraum (10) des Klemmkolbens (5) in Verbindung steht, daß in der Lagerbohrung des Klemmkolbens (5) eine Ringnut (24) angebracht ist, die über einen Stichkanal (25) mit dem Druckraum (12) zwischen Betätigungskolben (3) und Klemmkolben (5) und einen Steuerkanal (26) in der Kolbenstange (4) mit der Ventilbohrung (16) verbunden ist und daß der Pendelkolben (15) am Umfang eine Ringnut (27) aufweist, die über einen Stichkanal (28) in die Ventilbohrung (16) auf der Seite des Betätigungskolbens (3) mündet, wobei der Steuerkanal (26) in der Mittelstellung des Pendelkolbens (15) durch dessen zylindrischen Teil verschlossen ist und in den Endstellungen entweder mit dem Ringkanal (27) des Pendel kolbens (15) oder der Ventilbohrung (16) auf der Seite des Betätigungskolbens (3) verbunden ist.