DE10123264A1 - Schnellspann-Einrichtung mit verringertem Durchmesser - Google Patents

Abstract

Es wird eine Schnellspann-Einrichtung mit verringertem Durchmesser beschrieben, die aus einem Zylinder besteht, in dessen zentraler Aufnahmebohrung ein Einzugsnippel eingreift und mittels einer Verriegelungsvorrichtung gehalten ist. Die Verriegelungsvorrichtung besteht aus ein oder mehreren Wälzkörpern, die sich lastübertragend am Außenumfang des Einzugsnippels anlegen und mit einem unter der Wirkung eines Druckmediums verschiebbaren Kolben zusammen wirken, auf dessen einer Seite ein Kraftspeicher wirkt. Um den Außendurchmesser der Vorrichtung zu verringern ist vorgesehen, daß der Kraftspeicher im Zwischenraum zwischen dem Kolben und dem Zylinder angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Schnellspann-Einrichtung mit verringertem Durchmesser nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Derartige Schnellspann-Einrichtungen sind beispielsweise mit dem Gegenstand der DE 296 15 613 U1, der DE 298 04 730 U1 oder auch der DE 198 34 040 A1 bekannt geworden.

Bei diesen Schnellspann-Vorrichtungen ist stets eine genaue Hintereinanderfolge von Bauelementen bezogen auf die zentrale Längs-Mittenlinie gegeben.

Von einem mittleren, zentralen Einzugsnippel ausgehend, legen sich an dessen Außenumfang Wälzkörper an, die wiederum an ihrem Außenumfang in einem Kolben gehalten sind. Der Kolben ist mittels eines wiederum radial auswärts gelegenen Kraftspeichers gegen eine Wandung des Zylinders vorgespannt und am Außenumfang des Kolbens schließen sich die entsprechenden Zylinderwände an. Es handelt sich also beim Stand der Technik stets um eine auf einer radialen Linie gegebene Hintereinanderfolge von Einzugsnippel, Wälzkörpern, Kolben und Kraftspeicher.

Dies führt zu einem unerwünscht hohen Außendurchmesser der gesamten Einspann-Vorrichtung, wobei auch die radial außen liegende Wandung des Kolbens mittels entsprechender Abdichtelementen in der zugeordneten Zylinderwandung verschiebbar geführt werden muss.

Kennzeichnend für diese Art der Einspann-Vorrichtungen war, dass eine Verriegelung der Wälzkörper am Einzugsnippel unter der Kraft der Kraftspeicher (hier als Tellerfedern ausgebildet) geschah, während das Lösen des Einzugsnippels unter Einwirkung von Druck auf den Kolben geschah, der damit gegen die Kraftspeicher wirkte und die Wälzkörper außer Eingriff mit dem Einzugsnippel brachte.

Bezogen auf eine gleiche Verriegelungskraft der Kraftspeicher von z. B. 10 kN haben die bekannten Schnellspann-Einrichtungen einen max. Außendurchmesser von 140 mm.

Dieser relativ große Außendurchmesser hat schwerwiegende Nachteile, denn es entstehen Einbauprobleme, insbesondere dann, wenn derartige Schnellspann- Einrichtungen versenkt in zugeordnete Aufnahmebohrungen in Maschinentischen oder Aufspannplatten eingebaut werden sollen. Sollen nämlich mehrere Schnellspann-Einrichtungen in einem Maschinentisch oder einer Aufspannplatte angeordnet werden, so ist damit auch der minimal mögliche Abstand zwischen den einzelnen Einzugsnippeln vorbestimmt. Die Einzugsnippel können daher nur in einem max. Abstand von z. B. 140 mm eingebaut werden, was bei bestimmten, während der Bearbeitung hoch beanspruchten Werkstücken zu nachteilig verteilten Haltekräften an den Werkstücken führt.

Im übrigen besteht der Nachteil, dass je größer der Durchmesser der Einspann- Vorrichtung ist, desto größer muss auch der Randabstand zu dem Maschinentisch eingehalten werden, in dem die Schnellspann-Einrichtung eingebaut wird.

Ein noch größeres Problem besteht bei horizontal arbeitenden Maschinen, bei denen die einzelnen Schnellspann-Einrichtungen vertikal übereinander und nebeneinander liegend in einem Aufspannwürfel eingebaut sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schnellspann-Einrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 so weiterzubilden, dass sie bei gleicher Halte- oder Verriegelungskraft mit wesentlich geringerem Außendurchmesser gebaut werden kann.

Zur Lösung der gestellten Aufgabe ist die Erfindung durch die technische Lehre des Anspruches gekennzeichnet. Wesentlich hierbei ist, dass die Aufnahme für den Kraftspeicher im Kolben entfällt und stattdessen der Kraftspeicher im Zwischenraum zwischen dem Kolben und dem Zylinder angeordnet ist.

Mit der gegebenen technischen Lehre ergibt sich der wesentliche Vorteil, dass nun insgesamt auf eine Aufnahme des Kraftspeichers im Kolben selbst verzichtet wird. Diese Aufnahmeöffnung, die beim Stand der Technik als ringsumlaufende, relativ groß ausgebildete Ringnut ausgebildet ist, entfällt nun. Erfindungsgemäß ist der Kraftspeicher nun oberhalb des Kolbens angeordnet und wirkt direkt unmittelbar auf den Kolben selbst und zwar etwa in Gegenüberstellung zu den Wälzkörpern, womit sich außerordentlich günstige Kraftübertragungsverhältnisse ergeben.

Es kann nämlich nun deshalb erstmals der Kolben relativ dünn in seiner Wandstärke ausgebildet werden, weil eine unmittelbare Krafteinleitung des Kraftspeichers auf den Kolben in der Nähe der gegenüberliegenden Fläche des Kolbens erfolgt, an der der Wälzkörper anliegt.

Beim Stand der Technik musste ein entsprechender radialer Übertragungsweg gewählt werden, wobei der Kolben auf Biegung beansprucht wurde, weil der Kraftspeicher radial neben den Wälzkörpern angeordnet war, während bei der Erfindung nun der Kraftspeicher im wesentlichen oberhalb und über den Wälzkörpern angeordnet ist.

Hierbei ergibt sich der Vorteil, dass nun als Kraftspeicher nicht notwendigerweise mehrere Tellerfedern verwendet zu werden brauchen, weil diese relativ voluminös sind. Die Erfindung sieht jedoch auch die Verwendung von Tellerfedern vor, es werden aber auch andere Ausführungen von (kleiner bauenden) Kraftspeichern bevorzugt.

Insbesondere werden Kraftspeicher in Form von Federspangen, Federschlaufen, Federstiften oder Federlappen bevorzugt.

Ebenso können selbstverständlich auch elastomere Kraftspeicher verwendet werden und auch selbstverständlich keine mechanischen Kraftspeicher, sondern auch mit einem Druckmedium beaufschlagte Kraftspeicher, insbesondere also auch verschiebbare Druckräume, die unter Wirkung eines Druckmediums (Luft oder Öl) stehen.

Kern der Erfindung ist also, dass auf voluminöse Aufnahmeräume für Kraftspeicher im Kolben verzichtet wird und stattdessen der Kolben im wesentlichen nur noch schüsselförmig ausgebildet ist und auf diesen schüsselförmigen Kolben ein Kraftspeicher wirkt, der nicht mehr radial auswärts einer zentralen Mittellinie und innerhalb dieses Kolbens angeordnet ist, sondern oberhalb und - bevorzugt - außerhalb dieses Kolbens.

Die Erfindung sieht im übrigen vor, dass auch ein Kugelkäfig für die Führung der Wälzkörper entfällt, weil auch ein derartiger Kugelkäfig für die Vergrößerung des radialen Außenumfangs der Schnellspann-Einrichtung verantwortlich ist. Es können nun erfindungsgemäß relativ große, lastübertragende Wälzkörper verwendet werden, die frei geführt sind. Damit entfällt ein Kugelkäfig und es besteht der Vorteil, dass damit auch radialer Einbauplatz gespart wird. Die Erfindung ist jedoch nicht auf den Wegfall eines Kugelkäfigs beschränkt. Es kann selbstverständlich in einer anderen Ausführungsform der Erfindung vorgesehen sein, dass die Wälzkörper noch in einem zusätzlichen Kugelkäfig geführt sind, was mit der Erhöhung eines Außendurchmessers von max. 5 mm verbunden ist.

Der Wegfall des Kugelkäfigs wird im übrigen auch deshalb bevorzugt, weil die erfindungsgemäße Schnellspann-Einrichtung nicht nur einen verringerten Außendurchmesser aufweist, sondern nach der Erfindung auch eine verringerte Einbautiefe. Dies auch deshalb, weil durch Wegfall des Kugelkäfigs die Einbautiefe (nach oben und unten) entsprechend verringert werden kann.

Es wird aber nochmals betont, dass bei bestimmten Einbauverhältnissen, bei denen es nicht auf die Einsparung von 5 mm im Durchmesser und auf 5 mm in der Einbauhöhe darauf ankommt, durchaus auch noch ein Kugelkäfig verwendet werden kann.

Erfindungsgemäß werden die Wälzkörper nach der Erfindung in den sogenannten bodenseitig angeordneten Federspangen gehalten. Diese Federspangen drücken die Wälzkörper nach oben gegen den Kolben.

Statt derartiger Federspangen können selbstverständlich auch andere Vorspannmittel verwendet werden, die in der Lage sind, bei Entriegelung des Einzugsnippels diese Wälzkörper radial nach außen in Richtung auf die radiale Außenwandung des Kolbens zu verdrängen.

Die Wälzkörper können selbstverständlich auch in anderer Weise gefasst werden; z. B. können sie auf einem entsprechenden Draht aufgefädelt sein, sie können auch in einem elastomeren Verbund eingeschweißt oder einvulkanisiert sein und sie können auch durch abstandshaltende Mittel voneinander beabstandet gleichmäßig verteilt am Umfang des Einzugsnippels angeordnet sein.

Neben den frei geführten Wälzkörpern nach der Erfindung können also auch Wälzkörper verwendet werden, die in in Umfangsrichtung wirkenden, abstandshaltenden Zwangsführungen gehalten sind.

Maßgeblich ist nach der Erfindung lediglich, dass auf groß bauende Aufnahmeöffnungen im Kolben verzichtet wird und der Kraftspeicher nun außerhalb des Kolbens im Zwischenraum zwischen dem Zylinder und dem Kolben angeordnet wird.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Kraftspeicher nach der Erfindung in schräg radial einwärts gerichteten Aufnahmebohrungen oder wahlweise in einer schräg einwärts gerichteten Aufnahmenut im Zylinder eingesetzt sind.

Wenn einzelne schräg nach innen gerichtete Aufnahmebohrungen für die Aufnahme der etwa als U-Schleifen ausgebildeten Federspangen vorgesehen sind, besteht der Vorteil, dass nur wenig "Fleisch" im Zylinder entfernt wird und dass daher diese Kraftspeicher den Zylinderdeckel nicht auf Durchbiegung beanspruchen, so wie dies beim Stand der Technik (DE 198 34 040 A1) der Fall war.

Einzelne Sackbohrungen im Zylinder, welche die freien Enden der als Federschlaufen oder Federstifte ausgebildeten Kraftspeicher aufnehmen haben den Vorteil, dass sie zwischen sich unverändertes Zylindermaterial belassen, so dass bei Beanspruchung der Kraftspeicher auf Biegung das Zylindermaterial nicht selbst durchgebogen wird. Dies ist ein wesentlicher Vorteil gegenüber dem Stand der Technik.

Als Kraftspeicher wird bevorzugt lediglich ein einfacher federnder Biegestift verwendet, der mit seinem einen Ende in die vorher erwähnte schräg einwärts gerichtete Bohrung im Zylinder gesteckt wird und der mit seinem vorderen, freien Ende auf die Oberfläche (Deckel) des topfförmig ausgebildeten Kolbens drückt.

Statt dieses einfachen einschenkligen Drahtes können auch mehrschenklige Biegedrähte verwendet werden.

Neben den erwähnten Biegefedern, können selbstverständlich auch andere Kraftspeicher verwendet werden, wie z. B. biegbare Federbleche, oder komplette Federringe, die jeweils einwärts gerichtete biegbare Enden ausbilden und alle Federelemente auf einem umlaufenden Ring miteinander verbunden sind.

Es können demgemäss also U-förmig ausgebildete Federdrähte oder auch Schraubendruckfedern, Spiralfedern, Schenkelfedern oder Tellerfedern verwendet werden. Darüber hinaus können auch elastomere Kraftspeicher, insbesondere aus einem Kunststoff-Schaummaterial verwendet werden.

Der Erfindungsgegenstand der vorliegenden Erfindung ergibt sich nicht nur aus dem Gegenstand der einzelnen Patentansprüche, sondern auch aus der Kombination der einzelnen Patentansprüche untereinander.

Alle in den Unterlagen, einschließlich der Zusammenfassung, offenbarten Angaben und Merkmale, insbesondere die in den Zeichnungen dargestellte räumliche Ausbildung werden als erfindungswesentlich beansprucht, soweit sie einzeln oder in Kombination gegenüber dem Stand der Technik neu sind.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von mehrere Ausführungswege darstellenden Zeichnungen näher erläutert. Hierbei gehen aus den Zeichnungen und ihrer Beschreibung weitere erfindungswesentliche Merkmale und Vorteile der Erfindung hervor.

Es zeigen:

Fig. 1 Schematisiert in zwei Halbschnitten ein Schnitt durch eine Schnellspann-Vorrichtung nach der Erfindung im gespannten und entspannten Zustand.

Fig. 2 Schematisiert die Draufsicht auf die Anordnung der Kraftspeicher in Aufnahmebohrungen am Zylinder.

Fig. 3 Eine gegenüber Fig. 1 abgewandelte Ausführungsform eines Kraftspeichers in Seitenansicht.

Fig. 4 Eine gegenüber Fig. 1 abgewandelte Ausführungsform einer Einspann-Vorrichtung in zwei Spannstellungen mit Ausblasvorrichtung.

Fig. 5 Die Unteransicht der Darstellung in Fig. 4 in Pfeilrichtung V.

Fig. 6 Eine weitere Ausführungsform einer Einspann-Vorrichtung mit einem Hohlnippel im Spannzustand.

In Fig. 1 ist allgemein in einem Zylinder 1 ein Einzugsnippel 3 über eine Verriegelungsvorrichtung eingespannt.

Der rechte Halbschnitt in Fig. 1 zeigt die Spannstellung des Einzugsnippels 3, während der linke Halbschnitt die entspannte Stellung des Einzugsnippels 3 zeigt.

Sinn der Einspann-Vorrichtung ist es, an dem Einzugsnippel 3 ein entsprechende Werkstückpalette zu haltern, die ihrerseits zu bearbeitende Werkstücke trägt.

Der Einzugsnippel 3 taucht hierbei in die zentrale Aufnahmebohrung 49 im Zylinder 1 ein, der bevorzugt etwa topfförmig ausgebildet ist, d. h., er hat einen unten eingesetzten, lösbaren Boden 16 und etwa U-förmigen Querschnitt.

Im Zylinder 1 ist unter Wirkung eines Druckmediums ein Kolben 4 verschiebbar angeordnet, der bevorzugt als topfförmiger Kolben ausgebildet ist, d. h. er hat radial außen liegende in axialer Richtung gerichtete Dichtflächen und entsprechende Kolbenschenkel, die in radial einwärts gerichtete horizontale Schenkel übergehen, an deren radial einwärts gerichteter Seite jeweils eine zusätzliche Sperrvorrichtung angeordnet ist. Sein Querschnitt ist also etwa U-förmig ausgebildet.

Es wird darauf hingewiesen, dass der allgemeine Erfindungsgedanke auch ohne diese zusätzliche Sperrvorrichtung mit Verwendung von Sperrkugeln 9 verwirklicht werden kann. Es handelt sich hierbei lediglich um eine zusätzliche formschlüssige Verriegelung des Einzugsnippels 3 mit Hilfe von Sperrkugeln 9, wie dies nachfolgend noch näher erläutert werden wird.

Zur Verriegelung des Einzugsnippels 3 in der zentralen Aufnahmebohrung 49 des Zylinders 1 sind hierbei frei geführte Wälzkörper 5 vorgesehen, die bevorzugt als Kugeln ausgebildet sind. Es können hier selbstverständlich auch andere Wälzkörper verwendet werden, wie z. B. tonnenförmige Elemente, ellipsenförmige Elemente oder andere Wälzkörper, oder auch mehrkantige Körper, die in der Lage sind, eine Rollbewegung in radialer Richtung im Zylinder in der dortigen Aufnahmebohrung 49 auszuführen.

An der Bodenseite des Zylinders 1 ist ein Haltering 6 mittels eines radial außenliegenden Sicherungsrings 11 eingesetzt, wobei der Haltering 6 eine erste Schräge 26 für die Abstützung der Wälzkörper 5 trägt.

Der Haltering 6 bildet im übrigen die eine Wandung eines Druckraumes 7 für den Kolben 4, dessen andere Wandung an der radial innenliegenden Zylinderwandung des Zylinders 1 ausgebildet wird.

Wichtig ist nun, dass sich im Kolben 4 selbst keine radial auswärts verlegte Aufnahmeöffnung - nach dem Stand der Technik - befindet, sondern dass oberhalb des Kolbens 4 nun entsprechende Kraftspeicher 8 angeordnet sind, die bevorzugt als Federelemente (z. B. Biegefedern jeglicher Art - auch Tellerfedern) ausgebildet sind.

Das eine federnde Ende stützt sich somit unmittelbar an der Oberfläche des Kolbens etwa gegenüberliegend den Wälzkörpern 5 ab, während das gegenüberliegende Ende der Kraftspeicher 8 im Zylinder 1 gehalten ist.

Die Wälzkörper 5 sind hierbei auf bodenseitigen Federspangen 10 gehalten, wobei jede Federspange 10 als etwa U-förmiges Federelement ausgebildet ist, die einen hinteren Ansatz 15 aufweist.

Der Sicherungsring 13 weist hierbei gleichmäßig am Umfang verteilt Aufnahmebohrungen 14 auf, in welche die jeweilige Federspange 10 mit ihrem Ansatz 15 eingesteckt ist. Der Sicherungsring 13 wirkt wiederum auf den Boden 16 auf, der mittels eines weiteren Sicherungsrings 12 an dem Haltering 6 gehalten ist.

Auf diese Weise kann die Montage der gesamten Einspannvorrichtung von der Bodenseite des Zylinders her in einfacher Weise erfolgen.

Wichtig ist, dass die Wälzkörper 5 ohne Kugelkäfig gehalten und frei geführt sind. Hierbei liegen diese auf zugeordneten Schrägen 26 an dem Haltering 6 auf. Eine weitere Schräge 25 ist im Bereich der umlaufenden Verriegelungsnut 23 am Einzugsnippel 3 angeordnet. Die Schräge 25 kann auch als Radius ausgebildet sein.

Demgegenüber liegt eine weitere Anlagefläche 27, die an der Innenseite des Kolbens 4 ausgebildet ist. Diese Anlagefläche 27 ist im Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 als Horizontale dargestellt. Selbstverständlich kann diese auch schräg zur Einzugsrichtung (Längsachse des Einzugsnippels 3) ausgebildet sein.

Im Boden 16 des Zylinders sind noch Ausblasbohrungen 17 vorgesehen, die luftschlüssig mit einem nicht näher dargestellten Einblaskanal verbunden sind. Wichtig ist nämlich, dass die gesamte Einspannvorrichtung mit ihrem Außendurchmesser 33 in eine zugeordnete Aufnahmebohrung an einem Maschinentisch oder einer Aufsetzplatte 34 - wie in Fig. 4 dargestellt - eingesetzt werden kann.

Der max. Außendurchmesser 33 beträgt dann nur noch lediglich 80 mm verglichen mit einem max. Außendurchmesser beim Stand der Technik von 140 mm, bezogen auf eine gleiche Verriegelungskraft.

Zur formschlüssigen Verriegelung des Einzugsnippels 3 ist die vorher genannte Sperrvorrichtung vorgesehen, die mit einem Sperrkolben 18 und zugeordneten Sperrkugeln 9 arbeitet.

Hierbei ist der Sperrkolben 18 am freien, radial nach innen gerichteten Ende des Kolbens 4 angeformt. Hierauf ist die Erfindung jedoch nicht beschränkt. Der Sperrkolben 18 kann auch als separates Teil vorgesehen sein oder er kann vollkommen entfallen.

Zum Ausgleich von Fertigungstoleranzen ist am Sperrkolben 18 ein radial einwärts gerichteter Federbund 20 vorgesehen, der radial einwärts federnd ausgebildet ist und der die entsprechende Sperrkugel 9 in die zugeordnete Verriegelungsnut 22 am Außenumfang des Einzugsnippels 3 federbelastet eingreifen lässt.

Von der entriegelten Stellung des Einzugsnippels 3 im linken Halbschnitt nach Fig. 1 ausgehend soll nun der Verriegelungsvorgang erläutert werden:
Die entriegelte Stellung wird dadurch erreicht, dass in den Druckraum 7 ein Druckmedium eingeführt wird, z. B. über den Ölanschluss 45.

Damit wird der Kolben 4 nach oben verschoben und wirkt gegen die Kraftspeicher 8, die entsprechend federbelastet nach oben gebogen werden. Gleichzeitig wird damit auch der Sperrkolben 18 in seine entriegelte Stellung in der Aufnahme im Zylinder 1 eingefahren und die Sperrkugeln 9 gelangen in ihre Stellung 9' außer Eingriff mit der Verriegelungsnut 22 am Außenumfang des Einzugsnippels 3.

Gleichzeitig werden auch die Wälzkörper 5 durch die Wirkung der Federspangen 10, welche die Wälzkörper 5 radial auswärts verschieben, radial nach außen verdrängt.

Durch die Anordnung der Federspangen 10 kann der vorher beim Stand der Technik notwendig gewesene Kugelkäfig entfallen und damit wichtiger radialer Einbauraum eingespart werden. Ebenso wird auch axialer Einbauraum eingespart.

Eventuell in die Aufnahmebohrung 49 eindringende Verschmutzungen, insbesondere Wasser oder Späne, können nicht zu einer Funktionsunfähigkeit der eventuell in die Aufnahmebohrung 49 eindringende Verschmutzungen, insbesondere Wasser oder Späne, können nicht zu einer Funktionsunfähigkeit der Wälzkörper 5 führen, weil diese großzügig (mit großem Spiel) auf freien Bahnen geführt sind und nicht in engen Bohrungen eines Kugelkäfigs gelagert sind.

Es fehlt dementsprechend auch die Ummantelung des Kugelkäfigs, welche entsprechenden radialen Einbauraum beansprucht hätte.

Die Sperrkugeln 9 sind im übrigen in radialen Bohrungen 21 in Zylinder 1 verschiebbar geführt.

Zur Erreichung der verriegelten Stellung wird nun das Druckmedium aus dem Druckraum 7 entfernt und unter der Wirkung der Kraftspeicher 8 wird nun der Kolben 4 nach unten in seine Stellung in der rechten Seite der Fig. 1 verschoben.

Gleichzeitig geraten damit die Sperrkugeln 9 in ihrer Eingriffsstellung im Bereich der umlaufenden Verriegelungsnut 22 am Einzugsnippel 3 und die größeren Wälzkörper 5 stützen sich an den drei schräg zur Einzugsrichtung ausgebildeten Schrägen 25, 26, 27 ab.

Damit ist der Einzugsnippel 3 formschlüssig verriegelt, wobei die Sperrkugel 9 die formschlüssige Verriegelungskraft für den Einzugsnippel 3 erbringen, während die Wälzkörper 5 mit ihren schräg zur Einzugsrichtung geneigten Schrägen 25, 26, 27 unter der Wirkung des Kraftspeichers 8 die Einzugskraft auf den Einzugsnippel 3 auch in der verriegelten Stellung erbringen. Diese Einzugskraft bleibt also im verriegelten Zustand aufrecht erhalten.

Durch die Anordnung der Sperrkugeln 9 in Verbindung mit dem Sperrkolben 18 wird also der Einzugsnippel 3 in Einzugsrichtung (Pfeilrichtung 59) gehalten und formschlüssig in diese Richtung verriegelt.

In Gegenrichtung hierzu besteht jedoch noch ein geringes Spiel 60, welches durch die Federwirkung auf die Wälzkörper 5 ausgeglichen wird. Auf diese Weise können herstellungsbedingte Toleranzen ausgeglichen werden. Eine Überbestimmtheit wird damit verhindert.

Wichtig ist nun, dass die Kraftspeicher 8 oberhalb des Kolbens 4 angeordnet und nicht mehr radial auswärts neben dem Kolben angeordnet sind.

Bevorzugt sind hierbei die Kraftspeicher 8 als einfache Drahtstifte ausgebildet, so wie dies in Fig. 2 dargestellt ist. Sie können entweder in sacklockförmigen Aufnahmebohrungen 48 am Zylinder 1 angeordnet sein oder in einer umlaufenden Aufnahmenut 24 nebeneinanderliegend eingesteckt sein. In diesem Fall liegen die Drahtstifte oder Federstifte dicht an dicht nebeneinander in der Aufnahmenut 24.

Mit der Wahl derartiger einzelner Federstifte besteht der wesentliche Vorteil, dass nun die Verriegelungskraft der Kraftspeicher 8 leicht eingestellt werden kann. Dies kann entweder durch die Wahl des Durchmessers oder der Länge der Federstifte geschehen oder auch durch den gegenseitigen Abstand der Federstifte am Umfang gemäß Fig. 2. Es kann z. B. dann nur noch jede zweite oder jede dritte Aufnahmebohrung 48 mit einem derartigen Federstift besetzt sein. Aus Gründen verringerter Fertigungskosten brauchen auch nur wenige Aufnahmebohrungen 48 vorgesehen werden.

Weil die Sperrkugeln 9 in Verbindung mit dem Sperrkolben 18 die eigentliche Formschlussverriegelung bringen, ist es nicht mehr notwendig, dass die Kraftspeicher 8 allein die Einzugskraft erbringen, weil im verriegelten Zustand die Verriegelungskraft im wesentlichen allein durch den Sperrkolben 18 in Verbindung mit der Sperrkugel 9 erreicht wird. Der Kraftspeicher kann deshalb auch kleiner dimensioniert werden, was wiederum wertvollen Einbauplatz spart.

Dadurch, dass die Aufnahmenut 24 bzw. die schräg nach oben gerichteten Aufnahmebohrungen 48 an der Innenseite des Zylinders 1 schräg gerichtet sind, ergibt sich der weitere Vorteil, dass hiermit auch Einbauplatz in radialer Richtung gespart wird.

Wenn man von einer zentralen Längsmittenlinie 28 ausgeht, die durch den Einzugsnippel 3 hindurchgeht, kann man eine weitere Linie 29 durch die Wälzkörper 5 zeichnen. Ausgehend von dieser Linie kann eine weitere vertikale Linie 30 durch die Kraftspeicher 8 gezeichnet werden und schließlich ergibt sich daraus dann der Außendurchmesser 33 des Zylinders 1.

Wichtig ist nun, dass der Abstand 31 zwischen den Linien 29 und 30 minimiert ist, was beim Stand der Technik nicht der Fall war. Hieraus ergeben sich die erfindungswesentlichen Vorteile, dass nämlich insgesamt der Außendurchmesser 33 wesentlich verkleinert ist.

Die Linie 32, die den Außenumfang des Zylinders 1 beschreibt, ist damit gegenüber vergleichbaren Einspann-Vorrichtungen radial zurückversetzt.

Es ergibt sich damit gegenüber dem Stand der Technik bei gleicher Verriegelungskraft eine Verringerung des Außendurchmessers um 57%.

Es soll noch erwähnt werden, dass der Zylinder 1 mit Hilfe von Bohrungen 2 und hierzu gehörenden (nicht zeichnerisch dargestellten) Schrauben an zugeordneten Befestigungsbohrungen in einem Maschinentisch oder einer Aufspannplatte befestigt werden kann.

Die Fig. 3 zeigt im übrigen noch als weitere Ausführungsform die Darstellung eines Kraftspeichers 58 als gebogener Federdraht, der mit seinem freien unteren Ende 61 auf die Oberseite des Kolbens 4 presst.

Selbstverständlich kann dieser Kraftspeicher 58 auch als U-förmige Federspange ausgebildet sein, wobei das Ende 61 dann der Mittenschenkel der U-Form ist.

Mit der gezeichneten Abköpfung 61 besteht der Vorteil, dass man mit den separaten Aufnahmebohrungen 48 oder mit der umlaufenden Aufnahmenut 24 nicht in die Oberseite des Zylinders 1 einsticht, sondern in dessen Seitenwand. Die hohen mechanischen Beanspruchungen ausgesetzte Oberseite wird daher nicht im Querschnitt geschwächt.

Fig. 4 zeigt die gleichen Verhältnisse wie Fig. 1, wobei wiederum eine Schnellspann-Einrichtung in gespannter und entspannter Form dargestellt ist, wobei eine zusätzliche Ausblaseinrichtung dargestellt ist.

Über einen seitlichen Einblaskanal 35, der beispielsweise in einer Aufsetzplatte 34 eingearbeitet sein kann, wird Luft in Pfeilrichtung 36 über die Ausblasbohrungen 17 in den Boden 16 in die zentrale Aufnahmebohrung 49 des Zylinders 1 eingebracht.

Ebenso kann über den Einlasskanal 39 und sich daran anschließenden Nuten 37, 38 Einblasluft seitlich eingeblasen werden, so dass auch die Sitze der Wälzkörper 5 und auch der Sperrkugel 9 gespült werden können.

Über einen weiteren Einlasskanal 39' kann die Luft einem zentralen Verteilerkanal 44 zugeführt werden, von wo aus sie über einen Luftkanal 40 zugeführt wird, der den Außenumfang des Einzugsnippels 3 spült und andererseits über eine Steigleitung 41 und einen Lufteinstich 42 andere Teile im Innenraum des Zylinders 1 spült.

Über eine weitere Schrägbohrung 43, die luftschlüssig mit den anderen Luftkanälen verbunden ist, wird auch das Schraubenloch der Schraube in der Bohrung 2 gespült.

Über den Ölanschluss 45 und den sich daran anschließenden Anschluss 46 wird das Druckmedium in den entsprechenden Druckraum 7 des Kolbens 4 in Verbindung mit dem Zylinder 1 gebracht.

Der sich in radialer Richtung erstreckende Luftkanal 47 ist auch in Fig. 5 deutlich dargestellt.

In Fig. 5 sind einige Luftkanäle und Ölanschlussbohrungen, sowie weitere Leitungen gemäss Fig. 4 in der Draufsicht nach Pfeilrichtung V dargestellt.

Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 6 zeigt, dass die erfindungsgemäße Einspann-Vorrichtung mit verringertem radialen Durchmesser und verringerter axialer Einbauhöhe auch als rotierendes Werkzeug verwendet werden kann.

Hierbei sei an einer Werkstückbearbeitungsmaschine, z. B. einer Spindel, eine rotierende Spindelnase 50 angeordnet.

Statt einer umlaufenden, rotierenden Spindelnase 50 kann auch die Spindelnase eines Teilapparates verwendet werden. Selbstverständlich kann auch eine derartige Bearbeitung an einem Rundtisch stattfinden.

Wichtig ist, dass statt eines zentralen Einzugsnippels nun ein Hohlnippel 53 gespannt wird und die gesamte Einspann-Vorrichtung nun radial einwärts am Hohlnippel 53 angeordnet ist. Ansonsten gelten genau die gleichen Bezeichnungen und die gleichen Teile wie vorstehend anhand der Fig. 1-5 erläutert wurde. Selbstverständlich kann diese Ausführungsform auch mit einer Ausblasvorrichtung nach Fig. 5 kombiniert werden.

Nachdem die Einspann-Vorrichtung erfindungsgemäß - bevorzugt - tellerfederfrei ausgebildet ist, ergibt sich der Vorteil, dass der Gesamtdurchmesser der Spindel und damit auch des Hohlnippels 53 frei gewählt werden kann, weil die Tellerfedern beim Stand der Technik das Außenmaß des Hohlnippels 53 bestimmten. Die Erfindung kann als Kraftspeicher jedoch durchaus auch Tellerfedern verwenden, vorausgesetzt sie befinden sich am als erfinderisch beanspruchten Einbauort.

Das zu bearbeitende Werkstück 52 ist hierbei in zwei miteinander verbundenen Backenfuttern 54, 55 eingespannt. Der Zylinder 51 ist über nicht näher dargestellte Verbindungselemente mit der Spindelnase 50 drehfest verbunden. Der Hohlnippel 53 ist mit Hilfe der Schrauben 56 mit dem Backenfutter 55 verbunden. Die Spindelbohrung 57 ist frei durchgehend durch die Spindel hindurchgehend ausgebildet.

Dies hat den Vorteil, dass bei Verwendung einer Drehmaschine ein Stangenlader verwendet werden kann, der das zu bearbeitende Werkstück 52 frei durch die offene Spindelbohrung 57 hindurchschieben kann.

Wichtig ist nun, darzustellen, dass die erfindungsgemäße Einspann-Vorrichtung nun auch für die Einspannung eines Hohlnippels 53 verwendet werden kann, der an seinem Innenumfang mit dieser Einspann-Vorrichtung gespannt wird.

Bei Entriegelung der Einspann-Vorrichtung trennt sich somit der Hohlnippel 53 von dem inneren Zylinder 51. Es wird damit eine sehr kompakte Schnellwechseleinheit beschrieben. Die Abstützkraft wird nun direkt zentral auf die axiale Wandung des Hohlnippels 53 aufgebracht, wodurch sehr hohe Verkantungskräfte aufgefangen werden können.

Zeichnungslegende

1

Zylinder

2

Bohrung

3

Einzugsnippel

4

Kolben

5

Wälzkörper

6

Haltering

7

Druckraum

8

Kraftspeicher

9

Sperrkugel

10

Federspange

11

Sicherungsring

12

Sicherungsring

13

Sicherungsring

14

Aufnahmebohrung

15

Ansatz

16

Boden

17

Ausblasbohrung

18

Sperrkolben

19

Aussparung

20

Federbund

21

Bohrung

22

Verriegelungsnut (klein)

23

Verriegelungsnut (groß)

24

Aufnahmenut

25

Schräge

26

Schräge

27

Anlagefläche

28

Längsmittenlinie

29

Linie der Wälzkörper

30

Linie der Kraftspeicher

31

Abstand

32

Linie (Außenumfang)

33

Außendurchmesser

34

Aufsatzplatte

35

Einblaskanal

36

Pfeilrichtung

37

Nut

38

Nut

39

Einlasskanal

39

'

40

Luftkanal

41

Steigleitung

42

Lufteinstich

43

Schrägbohrung

44

Verteilerkanal

45

Ölanschluss

46

Anschluss

47

Luftkanal

48

Aufnahmebohrung

49

Aufnahmebohrung

50

Spindelnase

51

Zylinder

52

Werkstück

53

Hohlnippel

54

Backenfutter

55

Backenfutter

56

Schraube

57

Spindelbohrung

58

Kraftspeicher

59

Pfeilrichtung

60

Spiel

61

Ende

62

Abkröpfung

Claims (16)

1. Schnellspann-Einrichtung mit verringertem Durchmesser bestehend aus einem Zylinder, in dessen zentraler Aufnahmebohrung ein Einzugsnippel eingreift und mittels einer Verriegelungsvorrichtung gehalten ist, wobei die Verriegelungsvorrichtung aus ein oder mehreren Wälzkörpern besteht, die sich lastübertragend am Außenumfang des Einzugsnippels anlegen und mit einem unter der Wirkung eines Druckmediums verschiebbaren Kolben zusammen wirken, auf dessen einer Seite ein Kraftspeicher wirkt, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftspeicher (8) im Zwischenraum zwischen dem Kolben (4) und dem Zylinder (1) angeordnet ist.

2. Schnellspann-Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftspeicher (8) im wesentlichen oberhalb der Wälzkörper (5) angeordnet ist.

3. Schnellspann-Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftspeicher(8) als mechanischer Kraftspeicher ausgebildet ist.

4. Schnellspann-Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftspeicher(8) als hydraulischer oder pneumatischer Kraftspeicher ausgebildet ist.

5. Schnellspann-Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftspeicher(8) als elastomerer Speicher mit zusammendrückbaren Elementen ausgebildet ist.

6. Schnellspann-Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die der Verriegelung dienenden Wälzkörper (5) käfiglos auf Laufbahnen des Zylinders (1) und des Kolbens (4) geführt sind.

7. Schnellspann-Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Wälzkörper (5) bodenseitig in einem federnden Vorspannmittel aufgenommen sind, der die Wälzkörper (5) unter Federlast gegen die Unterseite des Kolbens (4) vorspannt.

8. Schnellspann-Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Wälzkörper (5) durch abstandshaltende Mittel begrenzt auf ihren Laufbahnen im Zylinder (1) und Kolben (4) gehalten sind.

9. Schnellspann-Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Elemente des Kraftspeichers (8) in schräg radial einwärts gerichteten Aufnahmebohrungen an der Innenseite des Zylinders eingesetzt sind.

10. Schnellspann-Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Elemente des Kraftspeichers (8) in einer schräg radial einwärts gerichteten Aufnahmenut an der Innenseite des Zylinders eingesetzt sind.

11. Schnellspann-Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (4) etwa topfförmig ausgebildet ist und radial außen liegende in axialer Richtung gerichtete Dichtflächen ausbildet und Kolbenschenkel aufweist, die in radial einwärts gerichtete horizontale Schenkel übergehen.

12. Schnellspann-Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass am Kolben (4) eine zusätzliche Sperrvorrichtung (9, 18) angeordnet ist.

13. Schnellspann-Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass im Boden (16) des Zylinders (1) Ausblasbohrungen (17) vorgesehen sind, die luftschlüssig mit einem Einblaskanal verbunden sind.

14. Schnellspann-Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Sperrkugeln (9) die formschlüssige Verriegelungskraft für den Einzugsnippel (3) erbringen, während die Wälzkörper (5) mit ihren schräg zur Einzugsrichtung geneigten Schrägen (25, 26, 27) unter der Wirkung des Kraftspeichers (8) die Einzugskraft auf den Einzugsnippel (3) auch in der verriegelten Stellung erbringen.

15. Schnellspann-Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftspeicher (8) aus Drahtstiften gebildet ist, entweder in sacklockförmigen Aufnahmebohrungen (48) am Zylinder (1) angeordnet sind oder in einer umlaufenden Aufnahmenut (24) nebeneinanderliegend eingesteckt sind.

16. Schnellspann-Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftspeicher (8) mit einem als Hohlnippel (53) ausgebildeten Befestigungselement zusammen wirkt und die Verriegelungsvorrichtung radial auswärts gerichtet am umlaufenden, topfförmigen Rand des Hohlnippels (53) angreift.