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Die Erfindung betrifft ein Spannsystem für Werzeugmaschinen, 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.
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Vorgenannte Spannsysteme werden zum Beispiel benutzt, um Werkstücke bei einer CNC-Bearbeitung möglichst positionsgenau festzuhalten. Eine mögliche Anordnung ist in der schematischen Darstellung nach 2 gezeigt.
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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.
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Die Spannvorrichtung besteht in der Regel aus einem doppelt wirkenden Arbeitszylinder, der zum Beispiel hydraulisch beaufschlagbar ist. Die jeweiligen Zylinderteilkammern sind mit Ansteuerleitungen verbunden.
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Die Nachteile der Lösung nach dem Stand der Technik werden insbesondere aus der Zeichnung nach 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.
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Ausgangsseitig ist dann ein Druckschalter vorgesehen, der bei Anliegen des Druckes betätigt wird und so die jeweilige Stellungsinformation erzeugt.
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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.
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Die
DE 198 18 070 offenbart eine Vorrichtung zum Erkennen und Überwachen von Werkzeugen, insbesondere von Handhabungswerkzeugen in NC-Maschinen oder zum Überwachen des Werkstücktransportes, die durch einen Fluidstrom mit mindestens einem Schaltventil zum Betätigen der Werkzeuge gekoppelt sind. Zwischen einem Schaltventil und dem Werkzeug ist dabei eine Drossel mit zugeordnetem Durchfluss- oder Drucksensor, insbesondere mit einem Differenzdruckschalter und/oder einem Druckschalter, mit dem Fluidstrom gekoppelt. Das Werkzeug weist dabei zu seiner Erkennung zumindest ein positions- und/oder wegabhängiges Drosselungs- und/oder Entlüftungselement auf.
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Die
DE 195 30 131 offenbart eine fluidisch betätigbare Spannvorrichtung, die wenigstens ein bewegbares Spannelement und eine mit dem Spannelement betriebsmäßig verbundene Kolbenstange umfasst. Ein mit der Kolbenstange verbundener Kolben unterteilt einen Arbeitsraum in zwei Fluidkammern, die zum Verschieben des Kolbens und somit zum Betätigen der Spannvorrichtung mittels eines Steuerelements wahlweise mit einem Hochdruckteil und einem Niederdruckteil einer Fluidversorgung verbunden werden können. Der Durchlassquerschnitt des Steuerelements ist im Wesentlichen stufenlos einstellbar. Ein Positions-Sensor erfasst dabei die Stellung des Kolbens im wesentlichen längs dessen gesamten Verstellwegs.
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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.
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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. Erfindungsgemäß ist das Volumenstrommessgerät außerhalb der eigentlichen Spannvorrichtung zwischen Pumpe und Spannvorrichtung angeordnet, und zur Messung von Leckage an mindestens einem Zylinder ausgebildet, derart, dass ein bestimmter Toleranz- bzw. Grenzwert eingebbar ist.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kann das Volumenstrommessgerät zudem derart ausgebildet sein, dass bei Überschreitung des bestimmten Toleranz- bzw. Grenzwerts beispielsweise ein Warnsignal optisch und/oder akustisch angezeigt wird.
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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 Toleranz-Intervall herauslaufen.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindungen ergeben sich aus der nachfolgenden Zeichnungsbeschreibung.
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In der Zeichnung ist die Erfindung schematisch in Ansicht in 1 gezeigt. 2 zeigt ebenfalls in einer schematischen Ansicht den Stand der Technik.
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Bei der Lösung nach dem Stand der Technik (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.
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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.
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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.
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Es ergibt sich deutlich aus 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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Im stand der Technik wirken die Drucksensoren 12, 12'; als Stellungsabfrageanordnung 4.
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In der 1 ist eine Ausführungsform der Erfindung dargestellt.
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In dem erfindungsgemäßen Spannsystem 1 wird nunmehr vorgeschlagen, dass 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 Information einer nachgeschalteten Steuerung, die daran die jeweilige Position oder auch nur die Endposition der Kolben im Zylinder erkennt und hieraus entsprechend ableitet, in welchem Zustand das Spannsystem sich befindet.
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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 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.
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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.
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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.
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In einer weiteren erfindungsgemäßen Variante ist vorgesehen, dass Volumenstrom und Druck gemessen und diese beiden Informationen ausgewertet werden.
