DE10246565A1

DE10246565A1 - Spannsystem

Info

Publication number: DE10246565A1
Application number: DE10246565A
Authority: DE
Inventors: Martin Jahn
Original assignee: GROB Werke Burkhart Grob eK
Current assignee: Grob Werke GmbH and Co KG
Priority date: 2002-01-31
Filing date: 2002-10-05
Publication date: 2003-08-14
Anticipated expiration: 2022-10-06
Also published as: DE10246565B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Spannsystem für Werkzeugmaschinen. Das Spannsystem weist mindestens einen in einem Zylinder beweglichen Kolben auf, die beidseitig druckbeaufschlagbar sind. Das Spannsystem besitzt auch eine Stellungsabfrageanordnung, um die jeweilige Position des Kolbens im Zylinder zu ermitteln. Es wird ein Volumenstrommeßgerät als Stellungsabfrageanordnung vorgeschlagen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Spannsystem für Werkzeugmaschinen, wobei mindestens ein Zylinder vorgesehen ist, in welchem ein Kolben beweglich gelagert ist und wobei der Kolben beidseitig beaufschlagbar ist, wofür eine hydraulische und/oder pneumatische Ansteuerleitung für jede Zylinderteilkammer vorgesehen ist. Das Spannsystem besitzt auch eine Stellungsabfrageanordnung, die die jeweilige Position des Kolbens im Zylinder ermittelt.
Vorgenannte Spannsysteme sind zum Beispiel bekannt, um Werkstücke bei einer CNC-Bearbeitung möglichst positionsgenau festzuhalten. Eine mögliche Anordnung ist in der schematischen Darstellung nach Fig. 2 (Stand der Technik) gezeigt.
Es wird eine möglichst automatische Bearbeitung angestrebt, weswegen die Stellung der Spannvorrichtung des Spannsystems (Werkstück gehalten oder Werkstück freigegeben) durch eine entsprechende Steuerung einwandfrei ausgelesen werden muß. Im Stand der Technik sind hierzu Stellungsabfrageanordnungen bekannt, die mit der Spannvorrichtung zusammen das Spannsystem ergeben.
Die Spannvorrichtung besteht in der Regel aus einem doppelt wirkenden Arbeitszylinder, der zum Beispiel hydraulisch beaufschlagbar ist. Die jeweiligen Zylinderteilkammern sind mit Ansteuerleitungen verbunden.
Die Nachteile der Lösung nach dem Stand der Technik werden insbesondere aus der Zeichnung nach Fig. 2 deutlich. Dabei ist zu beachten, daß ein Spannsystem eine Vielzahl von Arbeitszylindern mit daran angeordneten Spannelementen, Spanngreifern usw. aufweist, die gemeinsam das Werkstück oder ein anderes Teil (eine Palette, ein Werkzeug oder eine Meßlehre usw.) zu halten haben. Es interessiert in der Regel die allgemeine Information, ob die Spannvorrichtung das Werkstück hält oder freigibt, in Sonderfällen ist aber auch eine Einzelinformation pro Zylinder von Interesse. Diese Stellungsabfrage wird nach dem Stand der Technik in einer Druckweiterschaltung realisiert. Bei diesem Konzept wird an die jeweilige Zylinderteilkammer je eine Leitung angeschlossen, welche dann derart zurückgeführt werden, daß diese Leitungen die Bohrungen der Kolbenstangen schneiden. Die Kolbenstangen ihrerseits weisen eine sehr genau einzuarbeitende Steuernut auf, die, wenn die Steuernut mit der entsprechenden Leitung kommuniziert, den Druck weiterschalten.
Ausgangsseitig ist dann ein Druckschalter vorgesehen, der bei Anliegen des Druckes betätigt wird und so die jeweilige Stellungsinformation erzeugt.
Nachteilig bei dieser Ausgestaltung nach dem Stande der Technik ist, daß der mechanische Aufwand sehr hoch ist. Es müssen genaue Nuten oder Kerben in der Kolbenstange und sehr enge Passungstoleranzen für die Kolbenstangenführung vorgesehen werden, da diese ja den Druck entsprechend genau weiterzuschalten haben. Umgekehrt müssen auch die als Leitungen dienenden Bohrungen sehr exakt ausgeführt werden. Es resultiert ein sehr aufwendiges Bauteil.

Die Erfindung hat es sich zur Aufgabe gemacht, ein Spannsystem wie eingangs beschrieben dahingehend zu entwickeln, daß dieses deutlich einfacher herzustellen ist, aber eine gleiche Zuverlässigkeit aufweist.

Zur Lösung dieser Aufgabe geht die Erfindung aus von einem Spannsystem wie eingangs beschrieben und schlägt vor, daß die Stellungsabfrageanordnung zumindest ein Volumenstrommeßgerät aufweist, welches in einer Ansteuerleitung angeordnet ist und über das in den Zylinder geförderte oder aus dem Zylinder verdrängte Hydraulikflüssigkeitsvolumen die Position des Kolbens im Zylinder ermittelt. Im Falle eines pneumatisch arbeitenden Systems bestimmt das Volumenstrommeßgerät die Position des Kolbens im Zylinder aufgrund des verdrängten Gasvolumens.

Da die Spannvorrichtung einen Kolben aufweist, der vor- und zurückzubewegen ist, ist der Kolben doppelt wirkend ausgebildet. Wird also auf der einen Seite des Kolbens (zum Beispiel in der ersten Zylinderteilkammer) der Kolben mit Druck beaufschlagt und die Kolbenrückseite (zum Beispiel in der zweiten Zylinderteilkammer) entsprechend drucklos gehalten, so bewegt sich der Kolben und verdrängt dabei die in der zweiten Zylinderteilkammer befindliche Hydraulikflüssigkeit bzw. das Gas. Gleichzeitig strömt Hydraulikflüssigkeit bzw. Gas in der ersten Zylinderteilkammer nach. Diese Volumenströme können entsprechend gemessen werden und ergeben ein exaktes Maß für die Position des Kolbens im Zylinder und damit auch eine Stellungsabfrage beziehungsweise auch Zustandsabfrage über das Spannsystem. Dabei benötigt der erfindungsgemäße Vorschlag keine zusätzlichen Leitungen oder Bohrungen und mit diesen kommunizierenden Nuten an der Kolbenstange. Der mechanische Aufwand hier sinkt enorm. Das Volumenstrommeßgerät kann außerhalb der eigentlichen Spannvorrichtung zwischen Pumpe bzw. Kompressor und Spannvorrichtung angeordnet sein. Sie befindet sich daher auch nicht in einem gegebenenfalls aufgrund des Einsatzbereiches des Spannsystems (zum Beispiel Werkzeugmaschine) gefährdeten Bereich und ist bei laufender Maschine für den Bediener zugänglich.

Neben diesen konstruktiven Vorteilen erlaubt der erfindungsgemäße Vorschlag aber noch weiter Möglichkeiten. Es ist zum Beispiel möglich, daß eine Leckage in einem Zylinder auftritt. Eine solche Leckage wird durch das Volumenstrommeßgerät entdeckt, da dieses, obwohl es eigentlich eine entsprechende Position erreicht hat, trotzdem einen weiteren Volumenstrom feststellt. Die Steuerung erkennt dies, wenn der entsprechende Wert aus einem eingebbaren (Toleranz-)Intervall herausläuft und leitet dann eine entsprechende Sicherungmaßnahme (zum Beispiel Austausch des betreffenden Spannsystems, Wartung und so weiter) ein.

Eine Weiterbildung des erfindungsgemäßen Stammsystems zeichnet sich dadurch aus, daß die Stellungsabfrageanordnung die Endpositionen des Kolbens im Zylinder ermittelt. Durch diese Informationen ist es dann möglich, Rückschlüsse auf die Zustände im Spannsystem zu schließen. Insbesondere können damit auch eventuelle Störungen festgestellt werden.

Ein weiterer Aspekt des erfindungsgemäßen Spannsystems ist dadurch angegeben, daß das Spannsystem eine Vielzahl von Zylindern aufweist und die jeweiligen Zylinderteilkammern untereinander mit Leitungen verbunden sind.

Von besonderem Vorteil ist dabei, wenn eine Spannplatte vorgesehen ist, in welcher die Zylinder angeordnet sind und die Leitungen als Bohrung in der Spannplatte selbst ausgebildet sind. Selbstverständlich ist es auch möglich, die Zylinder untereinander mittels Rohren zu verbinden.

Erfindungsgemäß wurde auch gefunden, daß es von Vorteil ist, wenn das Spannsystem einen doppelt wirkend ausgebildeten Kolben aufweist und die zwischen den Kolbenteilen fließenden Medienströme von dem Volumenstrommeßgerät zur Ermittlung der Position des Kolbens im Zylinder dienen.

Eine Weiterbildung des erfindungsgemäßen Spannsystems zeichnet sich dadurch aus, daß das Volumenstrommeßgerät außerhalb der eigentlichen Spannvorrichtung zwischen Pumpe und Spannvorrichtung angeordnet ist.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist das Volumenstrommeßgerät zur Messung von Leckage an mindestens einem Zylinder ausgebildet, derart, daß ein bestimmter Toleranz- bzw. Grenzwert eingebbar ist, bei dessen Überschreitung dann beispielsweise ein Warnsignal optisch und/oder akustisch angezeigt wird.

Es hat sich auch von Vorteil erwiesen, wenn eine Steuerung vorhanden ist, welche die Werte, die vom Volumenstrommeßgerät ermittelt werden, auswertet bzw. verwertet. Es ist weiterhin von Vorteil, wenn die Steuerung dann entsprechende Sicherungsmaßnahmen einleitet, wenn die Werte aus einem eingebbaren Tolerenz-Intervall herauslaufen.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist dadurch angegeben, daß mit zusätzlichen hydraulischen und/oder pneumatischen Komponenten und gegebenenfalls mit zusätzlichen Bohrungen verschiedene Zustände bzw. Zwischenzustände des Spannsystems mittels des Volumenstrommeßgerätes abfragbar sind. Dies erhöht die Universalität des Spannsystems insgesamt weiter.

Erfindungsgemäß wurde auch gefunden, daß es von Vorteil ist, wenn der Volumenstrom und Druck gemessen werden und diese beiden Informationen zur Bestimmung der Position des Kolbens im Zylinder ausgewertet werden.

Eine Weiterbildung des Spannsystems zeichnet sich dadurch aus, daß die Einstellungen über die Stellungsabfrageanordnung im Zusammenwirken mit dem Volumenstrommeßgerät einzeln (also pro Zylinder) abprüfbar bzw. abrufbar sind.

In diesem Zusammenhang hat es sich als Vorteil herausgestellt, wenn mindestens ein Mehrwegventil vorgesehen ist, welches durch eine bzw. unterschiedliche Gruppen von Zylindern bzw. unterschiedliche Einzelzylinder unterschiedlich ansteuerbar ist.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindungen ergeben sich aus der nachfolgenden Zeichnungsbeschreibung.

In der Zeichnung ist die Erfindung schematisch in Ansicht in Fig. 1 gezeigt. Fig. 2 zeigt ebenfalls in einer schematischen Ansicht den Stand der Technik.
Bei der Lösung nach dem Stand der Technik (Fig. 2) wird die jeweilige Stellung des Zylinders 2 durch Druckschalter 12, 12' abgefragt. Je nach Stellung des Kolbens 21 gibt eine Nut 24 in der Kolbenstange 20 die jeweilige Druckleitung 11 beziehungsweise 11' auf den jeweiligen Druckschalter 12, 12' frei.
Mit 24' ist dabei die obere Stellung der Nut bezeichnet, die hier mit der Leitungsbohrung 11' derart zusammenwirkt, daß ein Druck, der auf der ersten Zylinderteilkammer 22 herrscht, auf den Druckschalter 12' durchgeschaltet wird.
In der in diesem Beispiel gezeigten Stellung werden die Kolben 21, 21' mit Hilfe des in der zweiten Zylinderteilkammer 23, 23' eingeprägten Druckes p₁ eingefahren. Liegen die jeweiligen Nuten so, daß der Druck weitergeleitet werden kann, so wird der jeweilige Druckschalter betätigt.
Es ergibt sich deutlich aus Fig. 2, daß der Aufwand zum Einbringen der Leitungsbohrungen 11, 11' sehr groß ist. Die Leitungsbohrung 11, 11' schließt sich an dem hinteren, hier rechts angeordneten Zylinder an und muß dann zweimal abgewinkelt wieder zurückgeführt werden. Das Einbringen der Leitungsbohrungen 11, 11' in die Spannplatte 10 ist entsprechend aufwendig, weil sie auch genau ausgeführt werden muß.
Eine genaue Stellungsabfrage ist nur dann möglich, wenn eine genaue Ausführung der Anordnung von Nut 24 zu den jeweiligen Leitungsbohrungen 11, 11' vorgesehen ist. Dies führt zu einem entsprechend hohen Aufwand, wobei auch die Gefahr von Ausschußproduktion (aufgrund der komplizierten Bohrungen) erheblich ist.
Es ist dabei zu beachten, daß nicht nur, wie hier gezeigt, zwei Zylinder, sondern eine Vielzahl von Zylindern, zum Beispiel vier oder acht Zylinder in einer Spannplatte 10, eingebaut sind.
Die Hydraulikflüssigkeit wird dabei über Ansteuerleitungen 3 in die jeweiligen Zylinderteilkammern 22, 23 eingebracht. Dabei versorgt die Ansteuerleitung 31 die erste Zylinderteilkammer 22, wobei zwischen den Zylinderteilkammern entsprechende Verbindungsansteuerleitungen 31' vorgesehen sind.
Da ein zweiseitig beaufschlagter Kolben 21 vorgesehen ist, ist der Zylinder unterteilt in eine erste Zylinderteilkammer 22 und eine zweite Zylinderteilkammer 23. Auch diese zweite Zylinderteilkammer 23 wird über die Ansteuerleitung 32 mit Hydraulikflüssigkeit versorgt, weitere Zylinder werden bezüglich ihrer zweiten Zylinderteilkammer über verschiedene weitere Ansteuerleitungen 32' mit druckbeaufschlagter Hydraulikflüssigkeit versorgt.
Im Stand der Technik wirken die Drucksensoren 12, 12' als Stellungsabfrageanordnung 4.
In der Fig. 1 ist eine Ausführungsform der Erfindung dargestellt.
In dem erfindungsgemäßen Spannsystem 1 wird nunmehr vorgeschlagen, daß die Stellungsabfrageanordnung 4 durch ein Volumenstrommeßgerät 40 realisiert wird, welches in einer Ansteuerleitung 32 angeordnet ist. Wie bereits ausgeführt, wird durch die Bewegung des Kolbens 21 gegebenenfalls in einer Zylinderteilkammer Hydraulikflüssigkeitsvolumen verdrängt und in eine andere Zylinderkammer Hydraulikflüssigkeitsvolumen eingeführt. Dieser Volumenstrom wird durch das erfindungsgemäß vorgeschlagene Volumenstrommeßgerät 40 gemessen, da ja bei jeder Bewegung ein entsprechender Volumenstrom in der Ansteuerleitung 32 anliegt. Hierbei ist es egal, ob ein links oder rechts an dem Volumenstrommeßgerät anliegender Volumenstrom besteht, das Volumenstrommeßgerät 40 mißt beide Volumenstromrichtungen (angedeutet durch die beiden Pfeile nach oben). Das Volumenstrommeßgerät liefert diese Information einer nachgeschalteten Steuerung, die dann die jeweilige Position oder auch nur die Endposition der Kolben im Zylinder erkennt und hieraus entspechend ableitet, in welchem Zustand das Spannsystem sich befindet.
Allein bei dem Vergleich der beiden schematischen Ausgestaltungen ergibt sich ein großer Unterschied bezüglich des Aufwandes. Auf die zusätzlichen Leitungsbohrungen 11, 11' kann bei dem erfindungsgemäßen Vorschlag nach Fig. 1 verzichtet werden. Auch die aufwendigen Kerben oder Nuten 24 sind nicht mehr notwendig. Auch eine entsprechende Beschädigungsgefahr wird dadurch unterbunden, da das Volumenstrommeßgerät 40 nicht im Gefahrenbereich einer Werkzeugmaschine anzuordnen ist.
Die Spannplatte 10 ist bevorzugt einteilig aber auch gegebenenfalls aus mehreren Teilen zusammengesetzt ausgebildet. Aber auch in diesem Falle (mehrteilig) ist es von Vorteil, wenn deutlich weniger spanabhebende Bearbeitungen vorgenommen werden müssen, also die Leitungsbohrungen 11, 11' nicht eingebracht werden müssen.
Der große Effekt der Erfindung wird insbesondere bei einer Vielzahl von Zylindern, die bei dem Spannsystem zusammenwirken, deutlich, da entsprechend eine Vielzahl von Leitungsbohrungen 11 nach dem Stand der Technik eingespart werden können und elegant der Zustand des Spannsystems (geöffnet/geschlossen) zentral gemessen/ermittelt werden kann. Mit entsprechenden zusätzlichen, hydraulischen Komponenten und gegebenenfalls mit zusätzlichen Bohrungen können mit einem Volumenstrommeßgerät verschiedene Zustände oder auch Zwischenzustände der Spannvorrichtung beziehungsweise des Spannsystems abgefragt werden. Zum Beispiel ist es möglich, ein Mehrwegeventil vorzusehen und damit eine Gruppe von Zylindern von einer anderen Gruppe von Zylindern bezüglich ihrer Ansteuerung zu unterscheiden.
In einer weiteren erfindungsgemäßen Variante ist vorgesehen, daß Volumenstrom und Druck gemessen und diese beiden Informationen ausgewertet werden.
Die jetzt mit der Anmeldung und später eingereichten Ansprüche sind Versuche zur Formulierung ohne Präjudiz für die Erzielung weitergehenden Schutzes.
Sollte sich hier bei näherer Prüfung, insbesondere auch des einschlägigen Standes der Technik, ergeben, daß das eine oder andere Merkmal für das Ziel der Erfindung zwar günstig, nicht aber entscheidend wichtig ist, so wird selbstverständlich schon jetzt eine Formulierung angestrebt, die ein solches Merkmal, insbesondere im Hauptanspruch, nicht mehr aufweist.
Die in den abhängigen Ansprüchen angeführten Rückbeziehungen weisen auf die weitere Ausbildung des Gegenstandes des Hauptanspruches durch die Merkmale des jeweiligen Unteranspruches hin. Jedoch sind diese nicht als ein Verzicit auf die Erzielung eines selbständigen, gegenständlichen Schutzes für die Merkmale der rückbezogenen Unteransprüche zu verstehen.
Merkmale, die bislang nur in der Beschreibung offenbart wurden, können im Laufe des Verfahrens als von erfindungswesentlicher Bedeutung, zum Beispiel zur Abgrenzung vom Stand der Technik, beansprucht werden.
Merkmale, die nur in der Beschreibung offenbart wurden, oder auch Einzelmerkmale aus Ansprüchen, die eine Mehrzahl von Merkmalen umfassen, können jederzeit zur Abgrenzung vom Stande der Technik in den ersten Anspruch übernommen werden, und zwar auch dann, wenn solche Merkmale im Zusammenhang mit anderen Merkmalen erwähnt wurden beziehungsweise im Zusammenhang mit anderen Merkmalen besonders günstige Ergebnisse erreichen.

Claims

1. Spannsystem, zum Beispiel für eine Werkzeugmaschine, wobei mindestens ein Zylinder vorgesetzen ist, in welchem ein Kolben beweglich gelagert ist, wobei der Kolben einseitig oder beidseitig hydraulisch und/oder pneumatisch beaufschlagbar ist, wofür eine Ansteuerleitung für jede Zylinderteilkammer vorgesehen ist und das Spannsystem auch eine Stellungsabfrageanordnung besitzt, die die jeweilige Position des Kolbens im Zylinder ermittelt, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellungsabfrageanordnung zumindest ein Volumenstrommeßgerät (40) aufweist, welches in einer Ansteuerleitung (32) angeordnet ist, und über das in den Zylinder (2) geförderte oder aus dem Zylinder (2) verdrängte Flüssigkeits- oder Gasvolumen die Position des Kolbens (21) im Zylinder (2) ermittelt.

2. Spannsystem nach dem vorhergehenden Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellungsabfrageanordnung die Endpositionen des Kolbens (21) im Zylinder (2) ermittelt.

3. Spannsystem nach einem oder beiden der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Spannsystem (1) eine Vielzahl von Zylindern (2) aufweist und die jeweiligen Zylinderteilkammern (22, 23) untereinander mit Leitungen (31', 32') verbunden sind.

4. Spannsystem nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Spannplatte (10) vorgesehen ist, in welcher die Zylinder (2) angeordnet sind und die Leitungen (31 bis 32') als Bohrung in der Spannplatte (10) ausgebildet sind und/oder die Zylinder (2) miteinander verrohrt sind.

5. Spannsystem nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Spannsystem (1) einen doppelt wirkend ausgebildeten Kolben (21) aufweist und die zwischen beiden Kolbenteilen fließenden Medienströme von dem Volumenstrommeßgerät (40) zur Ermittlung der Position des Kolbens (21) im Zylinder (2) dienen.

6. Spannsystem nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Volumenstrommeßgerät (40) außerhalb der eigentlichen Spannvorrichtung zwischen Pumpe und Spannvorrichtung angeordnet ist.

7. Spannsystem nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Volumenstrommeßgerät (40) zur Messung von Leckage an mindestens einem Zylinder (2) ausgebildet ist, derart, daß ein bestimmter Toleranz- beziehungsweise Grenzwert eingebbar ist, bei dessen Überschreitung ein Warnsignal optisch und/oder akustisch angezeigt wird.

8. Spannsystem nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Steuerung vorhanden ist, die die Werte, die vom Volumenstrommeßgerät (40) ermittelt wurden, verwertet.

9. Spannsystem nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung dann entsprechende Sicherungsmaßnahmen einleitet, wenn die Werte aus einem eingebbaren Toleranz-Intervall herauslaufen.

10. Spannsystem nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mit zusätzlichen hydraulischen und/oder pneumatischen Komponenten und gegebenenfalls mit zusätzlichen Bohrungen verschiedene Zustände bzw. Zwischenzustände des Spannsystems mittels des Volumenstrommeßgerätes (40) abfragbar sind.

11. Spannsystem nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Volumenstrom und Druck gemessen werden und diese beiden Informationen zur Bestimmung der Position des Kolbens (21) im Zylinder (2) dienen.

12. Spannsystem nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstellungen über die Stellungsabfrageanordnung im Zusammenwirken mit dem Volumenstrommeßgerät (40) einzeln abprüfbar bzw. abrufbar sind.

13. Spannsystem nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Mehrwegventil vorgesehen ist, welches durch unterschiedliche Gruppen von Zylindern (2) bzw. Einsetzglieder unterschiedlich ansteuerbar ist.