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Die
Erfindung betrifft eine Spannvorrichtung, insbesondere Maschinenschraubstock,
mit einem Grundkörper,
einer daran angeordneten feststehenden Backe und einer ihr gegenüber beweglichen
Backe, zu deren Verstellung eine Zugsstange vorgesehen ist, wobei
die Zugstange ein Stützlager
aufweist, über
das sich die bewegliche Backe mittels eines Druckstabes abstützt und
daß die
bewegliche Backe in verschiedenen Abständen zur feststehenden Backe
mit der Druckstange arretierbar ausgebildet ist und daß ein Kraftverstärker vorgesehen
ist.
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Aus
dem Stand der Technik ist ein Maschinenschraubstock mit Kraftverstärker bekannt.
Die bewegliche Backe wird durch Drehen einer Hülse, auf der sich ein Außengewinde
befindet, an das zu spannende Werkstück herangefahren.
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Eine
koaxial gelagerte Spindel betätigt
anschließend
einen Kraftverstärker,
der die erforderliche Spannkraft zwischen feststehender und beweglicher
Backe herstellt. Der hydraulische Kraftverstärker ist unterhalb der feststehende
Backe im Grundkörper
angeordnet. Das freie Ende der Druckstange bildet den Primär-Kolben,
der in einem mit hydraulischer Flüssigkeit gefüllten Innenraum
hineinragt. Bei Bewegung des Primär-Kolbens nach links wird Hydraulikflüssigkeit
aus dem Innenraum in einen Zylinderraum verdrängt und schiebt damit einen
Sekundär-Kolben
nach links. Der Sekundär-Kolben
weist eine wesentlich größere Fläche auf
als der Primär-Kolben,
wodurch eine Kraftübersetzung
erfolgt. Die nach links gerichtete Kraft des Sekundär-Kolbens
wird auf die Spindel übertragen,
wodurch eine hohe Zugkraft in die Spindel eingeleitet wird. Primär-Kolben
und Sekundär-Kolben
sind hintereinander angeordnet und bewegen sich immer in die gleiche
Richtung. Hierdurch ergibt sich eine nachteilige lange Bauweise
des Maschinenschraubstocks.
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Aus
der
US 36 03 579 A ist
eine Spannvorrichtung mit einem Grundkörper und einer daran angeordneten
feststehenden und einer beweglichen Backe bekannt. Zur Verstellung
der beweglichen Backe ist eine Druckstange mit Gewinde vorgesehen sowie
ein Druckverstärker,
dessen beide Kolben sich in gleiche Richtung bewegend ausgebildet
sind.
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Die
DE 29 28 167 A1 beschreibt
eine Arretiervorrichtung für
einen beweglichen Backen eines Doppelspannstocks. Diese Vorrichtung
besteht aus einer federbelasteten Druckstiftarretierung auf einem,
mit radialen Rillen versehenen Triebstück.
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Die
DE 40 11 107 A1 beschreibt
zwei Steuerkolben innerhalb eines weiteren Kolbens und einen beweglichen
Zylinder.
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Die
CH 371 767 A beschreibt
einen am beweglichen Kolben befestigten Kraftverstärker mit zwei
gleichlaufenden Kolben.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, eine Spannvorrichtung anzugeben, die möglichst
kompakt ausgestaltet ist.
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Diese
Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Spannvorrichtung dadurch
gelöst,
daß der
Kraftverstärker
aus mindestens einem Zylinderrohr und mindestens zwei in konzentrischen
Zylindern beweglich geführten
Kolben, einem äußeren Druck-Kolben und
einem – vorzugsweise über eine
Kolbenstange mit der Zugstange verbundenen – Spannkolben besteht, und
daß zwei
Druckräume,
ein äußerer Niederdruckraum
und ein auf den Spannkolben zugstangenseitig wirkender Hochdruckraum
vorgesehen sind, wobei eine Wirkverbindung zwischen beiden Kolben
dergestalt vorgesehen ist, daß mindestens eine
mit dem äußeren Druck-Kolben
verbundene Stange mit geringerem Durchmesser als die Kolbendurchmesser,
auf den mit Druckmedium, vorzugsweise Öl oder Fließfett, gefüllten Hochdruckraum wirkt. Mit
Hilfe der vorgeschlagenen Konstruktion ist eine sehr kurze Bauweise
des Maschinenschraubstocks möglich.
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Eine
fertigungstechnische Vereinfachung kann mit Vorteil dadurch erreicht
werden, daß die Kolben
den gleichen Durchmesser aufweisen. Hieraus ergibt sich notwendigerweise,
daß auch
die Zylinderrohre den gleichen Durchmesser aufweisen müssen. Die
Fertigung kann hierdurch rationalisiert werden.
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Gemäß einer
vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, daß die Kolben in einem gemeinsamen Zylinder
angeordnet sind. Der einzige Zylinder dient somit als Führung für beide
Kolben. Dies führt
zur Einsparung eines ganzen Bauteils.
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Eine
wesentliche Baulängenverkürzung des Maschinenschraubstocks
ergibt sich mit Vorteil daraus, daß die Kolben sich entgegengesetzt
bewegend ausgebildet sind. Beim Spannvorgang bewegt sich der vom Niederdruckraum
bewegte Druck-Kolben in Richtung Spann-Kolben, der sich wiederum
selbst auf den Druck-Kolben zu bewegt. Der Zwischenraum zwischen
Druck- und Spann-Kolben ist mit der Atmosphäre über eine Bohrung verbunden,
so daß mit Vorteil
ein Druckaufbau vermieden wird.
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Mit
Vorteil ist der Kraftverstärker
unterhalb der Festbacke angeordnet und wirkt somit als ziehender
Kraftverstärker.
Die Anordnung des Kraftverstärkers
im Bereich der beweglichen Backe hätte eine größere Baulänge des Maschinenschraubstocks
zur Folge.
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Gemäß einer
vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß der Kraftverstärker mit der
Spannvorrichtung in Richtung Festbacke ausbaubar ausgebildet ist.
Dafür ist
es notwendig, daß die
Durchmesser der einzelnen Bauteile von der linken äußeren Seite
des Maschinenschraubstocks bis hin zur gegenüberliegenden Seite abnehmend
ausgestaltet sind.
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Für den Fall,
daß sehr
hohe Spanndrucke notwendig sind, ist mit Vorteil vorgesehen, daß das Druckmedium
im Hochdruckraum Öl
oder Fliessfett ist. Fließfett
hat den Vorteil, daß es
wesentlich einfacher gegenüber
den anderen Bauteilen und der Atmosphäre abgedichtet werden kann.
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Da
Kompressoren für
einen Ausgangsluftdruck von bis zu 10 Bar in allen Werkstätten vorhanden
sind, ist mit Vorteil vorgesehen, daß das Druckmedium im Niederdruckraum
Gas, vorzugsweise Luft bzw. Druckluft ist.
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Für die Automatisierung
des erfindungsgemäßen Maschinenschraubstocks
ist mit Vorteil vorgesehen, daß das
Druckmedium im Niederdruckraum Öl
oder Fliessfett ist. Eine Möglichkeit
der Druckbeaufschlagung besteht in der Verwendung von Pumpen. Über die
Pumpenleistung ist es möglich,
den Öldruck
im Niederdruckraum zu steuern.
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Um
eine möglichst
einfache Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Maschinenschraubstocks zu
ermöglichen,
ist Vorteilhafterweise vorgesehen, daß der zugstangenseitige Spannkolben
eine vorzugsweise zentrische Bohrung aufweist, durch die eine, die
Wirkverbindung herstellende, mit dem äußeren Druck-Kolben verbundene,
Stange in den Hochdruckraum ragt. Sobald der Niederdruckraum mit Druck
beaufschlagt wird, wandert der Druck-Kolben mit der daran verbundenen
Stange in Richtung Spann-Kolben. Die Stange, die einen wesentlich
geringeren Durchmesser als der Spann-Kolben aufweist, wird weiter
in den Hochdruckraum hineinverschoben, wodurch der Druck im Hochdruckraum
ansteigt und sich der Spann-Kolben in Richtung Druck-Kolben bewegt.
Hierbei übt
der Spann-Kolben eine entsprechende Zugkraft auf die Zugstange aus. Durch
die zentrische Anordnung der Bohrung werden Kipp- und Torsionseffekte
mit Vorteil vermieden. Außerdem
wird durch die Führung
der Stange in der zentrischen Bohrung gleichzeitig die Führung des Druck-Kolbens
sichergestellt.
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Es
ist besonders zweckmäßig, daß die Stange
als Hohlstange mit innenliegender Drucknachstellvorrichtung zur
Einstellung des Drucks im Hochdruckraum ausgebildet ist. Durch die
ständige
Bewegung des Spann-Kolbens
kommt es zu Schleppverlusten im Bereich der Dichtungen. Dann ergibt
sich die Notwendigkeit, den Druck im Hochdruckraum nachzujustieren.
Diese Drucknachstellvorrichtung besteht mit Vorteil aus einem Verstell-Kolben,
der über
ein Gewinde in Richtung Hochdruckraum verdreht werden kann. Hierdurch
erfolgt eine Druckerhöhung
des Druckmediums im Hochdruckraum.
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Eine
Voraussetzung dafür,
daß Federeffekte beim
Beaufschlagen des Hochdruckraums mit Druck vermieden werden, ist
mit Vorteil eine Entlüftungsschraube,
die zur Entlüftung
des Hochdruckraums vorgesehen ist. Nur mit einem völlig luftfreien
Hochdruckraum können
die maximalen Drucke erreicht werden.
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Um
die Entlüftungsschraube
möglichst
platzsparend anzubringen, ist mit Vorteil vorgesehen, daß die Entlüftungsschraube
zwischen einen mit der Atmosphäre
verbundenen Raum zwischen den beiden Kolben und dem Hochdruckraum
angeordnet ist. Zur Befüllung
des Hochdruckraums wird der gesamte Maschinenschraubstock von seiner
horizontalen Betriebslage in eine vertikale Lage verbracht. Die
Entlüftungsschraube
findet sich dann am oberen Ende des Hochdruckraums, wodurch eine
vollständige
Entlüftung
gewährleistet
wird.
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Da
beim Betrieb des Maschinenschraubstocks Reibungseffekte auftreten,
ist mit Vorteil vorgesehen, mindestens eine Rückstellfeder anzuordnen, die
die Kolben in einem drucklosen Zustand in eine Ausgangslage zurückbewegt.
Dabei stützt
sich die Rückstellfeder
mit Vorteil mit ihrer einen Federfläche am Zug-Kolben und mit ihrer
gegenüberliegenden
Federfläche
am Gehäuse
ab. Besonders vorteilhaft ist es, mehrere Rückstellfedern kreisförmig anzuordnen.
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Eine
vorteilhafte Ausgestaltung der des Maschinenschraubstocks sieht
vor, daß der
Kraftverstärker
aus einem Zylinderrohr und einem, im Zylinderrohr beweglich geführten Spannkolben
besteht, und daß ein
auf den Spannkolben zugstangenseitig wirkender Hochdruckraum vorgesehen
ist, der direkt mit Druckmedium vorzugsweise Öl oder Fließfett beaufschlagbar ist. Diese
Ausgestaltungsform eignet sich besonders für eine Automatisierung des
Maschinenschraubstocks. Der benötigte
Spanndruck wird über
eine Hydraulikanlage zur Verfügung
gestellt, die das Druckmittel direkt über einen Druckanschluss in den
Hochdruckraum einbringt.
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Es
ist mit Vorteil vorgesehen, daß eine
Vorrichtung zur Messung des Drucks im Hochdruckraum vorgesehen ist.
Durch die Bestimmung des Druckes im Hochdruckraum kann der Spanndruck
des Maschinenschraubstocks ermittelt werden und damit die Zufuhr
des Druckmittels automatisiert werden. Durch eine entsprechende
Elektronik kann der Ist-Druck mit dem Soll-Druck verglichen werden
und so Störungen erkannt
werden, die beispielsweise das sofortige Abschalten der Werkzeugmaschine
veranlassen.
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Anhand
von Zeichnungen wird ein Ausführungsbeispiel
der Erfindung näher
erläutert.
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Es
zeigen:
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1:
eine Schnittdarstellung des erfindungsgemäßen Maschinenschraubstocks
mit Kraftverstärker;
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2:
eine Ansicht gemäß Schnittebene B-B
in 1 und
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3:
eine Schnittdarstellung des Maschinenschraubstocks ohne Druckkolben.
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In 1 bezeichnet 1 den
erfindungsgemäßen Maschinenschraubstock.
Er besteht aus einem Grundkörper 2,
an dessen einen Ende eine feststehende Spann-Backe 3 angeordnet
ist. Zusätzlich
ist in dem Grundkörper 2 eine
bewegliche Spann-Backe 32 verschiebbar gelagert. Ein ebenfalls
nicht dargestelltes Werkstück
wird zwischen den Spannflächen der
Spann-Backen eingespannt. Die dabei auftretenden Spannkräfte Werden
durch eine Zugstange 4 aufgenommen.
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Die
Zugstange 4 ist mit ihrem linken Ende mit einem Kraftverstärker 5 verbunden.
Die bewegliche Backe 32 ist über eine formschlüssige Verbindung mit
einem Tragelement 31 fest verbunden. Das Tragelement 31 weist
Gräben
auf, die in Stege 6 einer Hülse 7 eingreifen.
Durch diesen Eingriff entsteht eine formschlüssige Verbindung zwischen Hülse 7 und
dem mit der beweglichen Spann-Backe 32 verbundenen Tragelement.
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Die
Hülse 7 wird
von der Zugstange 4 axial durchsetzt, wobei sich die Hülse 7 im
Bereich des freien Endes der Zugstange 4 auf diese abstützt, so daß die Hülse 7 als
Druckstange wirkt.
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Die
Hülse 7 und
die Zugstange 4 sind relativ zueinander verdrehbar. Drehfest
mit der Hülse 7 ist ein
Griff 8 verbunden, so daß sich durch Drehen des Griffs 8 die
Winkellage der Hülse 7 verstellen
läßt.
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Die
an die bewegliche Backe 32 angreifenden Spannkräfte werden
somit auf ein Tragelement 31 übertragen, von dort über festbackenseitigen
Flächen
der Gräben
auf die Stützflächen der
Stege 6. Die Hülse 7 leitet
diese dann auf die Zugstange 4 über. Der Kraftfluß wird von
der Zugstange 4 über den
Kraftverstärker 5 und
die feststehende Spann-Backe 3 geschlossen.
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Der
Kraftverstärker 5 besteht
aus einem Zylinder 9 und zwei darin beweglich geführten Kolben, einem äußeren Druck-Kolben 10 und
einem Spann-Kolben 11. Der Spann-Kolben ist mit der Zugstange 4 über eine
Feinstellvorrichtung 26 verbunden.
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Weiterhin
umfaßt
der Kraftverstärker 5 einen äußeren Niederdruckraum 12,
der außenseitig
auf den Druck-Kolben 10 wirkt. An der äußeren Seite des Maschinenschraubstocks
ist eine Öffnung 13 zur
Beaufschlagung mit Druckmittel vorgesehen. In diesem Ausführungsbeispiel
ist das Druckmittel auf der Niederdruckseite Druckluft. Diese wird
in einem Druckbereich von 1–7
Bar eingesetzt.
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Zusätzlich ist
ein auf den Spann-Kolben 11 zugstangenseitig wirkender
Hochdruckraum 14 vorgesehen. Der Hochdruckraum besteht
aus einem als Bohrung ausgeführten Ölraum 15 und
einem damit über
seitliche Öffnungen 16 verbundenen
Ringkolbenraum 17. In diesem Ausführungsbeispiel ist als Druckmedium
des Hochdruckraum 14 Fließfett vorgesehen.
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Zwischen
Druck-Kolben 10 und Spann-Kolben 11 besteht eine
Wirkverbindung. Diese Wirkverbindung ist als Hohlstange 18 ausgebildet.
Die Hohlstange weist einen geringeren Durchmesser als die gleichgroßen Kolbendurchmesser
des Spann- und des Druck-Kolbens auf. Die Hohlstange 18 ist
mit dem Druck-Kolben 10 fest verbunden und ragt mit ihrem
freien Ende in den Hochdruckraum 14 hinein.
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Wird
der Niederdruckraum 12 durch die Öffnung 13 mit Druckmittel
versorgt, so bewegt sich der Druck-Kolben 10 in Richtung
Spann-Kolben 11. Dabei wird die Hohlstange 18 in
den Hochdruckraum 14, insbesondere in den Ölraum 15 verschoben.
Das Druckmedium wird aus dem Ölraum 15 über seitliche Öffnungen
in den Ringkolbenraum 17 verdrängt. Hierdurch kommt es zu
einer Bewegung des Spann-Kolbens 11 in Richtung Druck-Kolben 10.
Notwendigerweise wird vom Spann-Kolben 11 auf die Zugstange 4 eine
Zugkraft ausgeübt,
die wiederum über
die Hülse 7 und
die nichtdargestellte bewegliche Spann-Backe auf das Werkstück übertragen
wird. Die beiden Kolben bewegen sich also entgegengesetzt in einem
Zylinderrohr. Dies hat eine platzsparende Ausgestaltung des gesamten
Maschinenschraubstocks zur Folge.
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Der
zugstangenseitige Spann-Kolben 11 weist eine zentrische,
den Ölraum
bildende Bohrung 19 auf. Durch diese zentrische Bohrung 19 ragt die mit
dem äußeren Druck-Kolben 10 verbundene
Hohlstange 18 in den Hochdruckraum 14 hinein.
Innerhalb der Hohlstange 18 befindet sich eine Drucknachstellvorrichtung 20 zur
Einstellung des Druckes im Hochdruckraum 14. Die Drucknachstellvorrichtung 20 ist
als Verstell-Kolben
ausgebildet. Dieser Verstell-Kolben kann mittels eines Gewindes 21 innerhalb
der Hohlstange 18 verstellt werden.
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Der
gesamte Kraftverstärker 5 ist
so ausgebildet, daß er
zur festbackigen Seite des Maschinenschraubstocks ausgebaut werden
kann. Dies wird durch die gleichen Durchmesser der beiden Kolben ermöglicht.
Gleichzeitig kann auch die gesamte Zugstange 4 aufgrund
ihres geringeren Durchmessers zu dieser Seite hin ausgebaut werden.
Dies ist besonders für
Instandhaltungsarbeiten von großem
Vorteil.
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Eine
notwendige Voraussetzung für
ein fehlerfreies Funktionieren des Maschinenschraubstocks ist es,
daß der
Hochdruckraum luftfrei ist. Zu diesem Zweck ist eine Entlüftungsschraube 22 vorgesehen. Diese
Entlüftungsschraube 22 verbindet
einen Innenraum 23 zwischen Druck-Kolben 10 und Spann-Kolben 11 mit
dem Hochdruckraum 14, bzw. dem Ringkolbenraum 17.
Der Innenraum 23 ist mit einer Atmosphärenöffnung mit der Umgebung verbunden.
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Vorteilhafterweise
sind bei dem Maschinenschraubstock 1 Rückstellfedern 25 vorgesehen.
Diese stützen
sich einerseits auf der Zugstange 4 und auf der Zylinderaußenseite 9 ab.
Die Rückstellfedern 25 gewährleisten
die Rückführung der
Kolben in die Ausgangsstellung und überwinden dabei eventuelle Schleppverluste.
Die Ausgangsstellung der beiden Kolben ist in der Zeichnung dargestellt.
Da die Intervalle der Schnellverstell-Hülse 7 größer sind
als der Spannhub des Kraftverstärkers,
wurde eine Feinverstellung 26 zwischen der Kolbenstange 27 des Spannkolbens 11 und
der Zugstange 4 vorgesehen. Dadurch ist eine stufenlose Spannsituation
geschaffen. Durch Drehen der Zugstange 4 kann der Abstand
zwischen der beweglichen Spann-Backe und dem Werkstück fein
eingestellt werden. Um ein Ausdrehen der Zugstange 4 aus
dem Gewinde der Feinverstellung 26 zu verhindern, ist ein
Anschlag 28 mit einer Anschlagstange 29 in die
Zugstange 4 integriert.
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In 2 ist
der Spannkolben 11 geschnitten dargestellt. Deutlich zu
erkennen sind drei tangentiale Kanäle 30, die gewährleisten,
daß die
in den Ölraum 15 eindringende
Hohlstange 18 des Druck-Kolben 10 die seitliche Öffnungen 16 zwischen Ölraum 15 und
Ringkolbenraum 17 nicht verschließt.
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3 zeigt
ein weiteres Ausführungsbeispiel.
Der Kraftverstärker 5 besteht
aus einem Zylinderrohr 9 und einem, im Zylinderrohr 9 beweglich
geführten
Spannkolben 11. Auf den als Pneumatikkolben dienenden Druckkolben
wurde in dieser Weiterbildung verzichtet. Der auf den Spannkolben 11 zugstangenseitig
wirkender Hochdruckraum 14 wird direkt mit Druckmedium
beaufschlagt. Dazu ist ein Druckanschluss 33 vorgesehen,
der direkt im Hochdruckraum 14 hinter den Spannkolben 11 endet.
Es ist vorgesehen, dass mit dem Hochdruckraum 14 ein nicht
dargestellter Druckmesser verbunden ist. Über diesen Druckmesser kann
indirekt die am Werkstück anliegende
Spannkraft ermittelt werden. Mit dieser vorteilhaften Ausgestaltung
ist eine vollkommen automatisierte Betrieb des Schraubstocks möglich.
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- 01
- Maschinenschraubstock
- 02
- Grundkörper
- 03
- feststehende
Spann-Backe
- 04
- Zugstange
- 05
- Kraftverstärker
- 06
- Stege
- 07
- Hülse
- 08
- Griff
- 09
- Zylinder
- 10
- Druck-Kolben
- 11
- Spann-Kolben
- 12
- Niederdruckraum
- 13
- Öffnung
- 14
- Hochdruckraum
- 15
- Ölraum
- 16
- seitliche Öffnungen
- 17
- Ringkolbenraum
- 18
- Hohlstange
- 19
- Bohrung
- 20
- Drucknachstellvorrichtung
- 21
- Gewinde
- 22
- Entlüftungsschraube
- 23
- Innenraum
- 24
- Atmosphärenöffnung
- 25
- Rückstellfedern
- 26
- Feinverstellung
- 27
- Kolbenstange
- 28
- Anschlag
- 29
- Anschlagstange
- 30
- Kanalbohrungen
- 31
- Tragelement
- 32
- bewegliche
Backe
- 33
- Druckanschluss