DE10312937A1 - Betätigungseinrichtung für Spannfutter, insbesondere für Werkstücke - Google Patents

Betätigungseinrichtung für Spannfutter, insbesondere für Werkstücke Download PDF

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DE10312937A1
DE10312937A1 DE2003112937 DE10312937A DE10312937A1 DE 10312937 A1 DE10312937 A1 DE 10312937A1 DE 2003112937 DE2003112937 DE 2003112937 DE 10312937 A DE10312937 A DE 10312937A DE 10312937 A1 DE10312937 A1 DE 10312937A1
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    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • B23B31/02Chucks
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    • B23B31/302Hydraulic equipment, e.g. pistons, valves, rotary joints

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Abstract

Es wird eine Betätigungseinrichtung für Spannfutter, insbesondere für Werkstücke, vorgeschlagen, mit einem druckmittelbetriebenen Arbeitszylinder, der innerhalb eines Zylindergehäuses einen doppeltwirkenden Arbeitskolben aufweist, der mittels eines in einen ersten Arbeitsraum des Arbeitszylinders geleiteten Druckmediums in eine erste axiale Stellung und mittels eines in einen zweiten Arbeitsraum geleiteten Druckmediums gegensinnig in eine zweite axiale Stellung bewegbar ist und mit einem Betätigungsglied des Spannfutters zur entsprechenden axialen Verschiebung zwischen einer ersten Zentrier- oder Spannstellung und einer zweiten, dazu gegensinnigen Lösestellung kuppelbar ist, wobei die Bewegung des Arbeitskolbens in zumindest einer Richtung durch ein Sicherheitsrückschlagventil gegen Ausfall des Arbeitsdruckes des jeweiligen Druckmediums abgesichert ist. Hierbei sind einzelne im Spannfutter vorgesehene Spannkolben mittels des gleichen auf die erste Kolbenseite des Arbeitskolbens geleiteten Druckmediums durch Abzweigung davon in deren Spannrichtung beaufschlagbar. Die Betätigungseinrichtung ist einfach und kostengünstig.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf eine Betätigungseinrichtung für Spannfutter, insbesondere für Werkstücke, mit den Merkmalen im Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Eine solche Betätigungseinrichtung ist z.B. mit besonderem Vorteil, aber nicht ausnahmslos, für ein solches Spannfutter geeignet, das einen hydraulischen Ausgleich ermöglicht ( DE 41 14 884 A1 ), bei dem mittels des Arbeitszylinders ein Betätigungsglied zwischen zwei Stellungen axial verschoben wird und ferner einzelne im Spannfutter vorgesehene Spannkolben in einer Richtung, die der Spannrichtung entspricht, mit dem Arbeitsdruck eines Druckmediums zum Spannen beaufschlagt werden. Eine bekannte Betätigungseinrichtung dieser Art hat den Nachteil, dass diese insgesamt, vier Anschlüsse und vier Leitungen benötigt, wobei ferner an die einzelnen Anschlüsse anschließbare Druckschläuche und eine recht aufwändige Steuereinrichtung erforderlich sind. Eine Leitung führt zum ersten Arbeitsraum des Arbeitszylinders, während eine zweite Leitung zum gegenüberliegenden zweiten Arbeitsraum des Arbeitszylinders führt, wobei für die Axialbetätigung des Arbeitskolbens eine dieser Leitungen das unter Arbeitsdruck stehende Druckmedium führt, während die zweite Leitung der Ableitung des abfließenden Druckmediums dient. Wird von Spannen auf Lösen umgeschaltet, vertauschen sich die Funktionen dieser beiden Leitungen. Eine dritte Leitung dient allein dazu, die einzelnen im Spannfutter enthaltenen Spannkolben zum Zwecke der Zentrierung und des Spannens mit dem Arbeitsdruck eines Druckmediums zu beaufschlagen, wobei zum Zentrieren ein niedrigerer Druckwert und zum anschließenden Spannen ein demgegenüber höherer Druckwert eingestellt werden muss. Die vierte Leitung mit zugehörigem Anschluss dient zum Entsperren eines in die dritte Leitung eingesetzten Sicherheitsrückschlagventils zum Lösen bzw. Öffnen des Spannfutters. Eine derartige bekannte Betätigungseinrichtung ist wegen der vier Anschlüsse und der vier Leitungen kompliziert, aufwändig und teuer. Sie erfordert zudem vier Leitungsverbindungen zwischen einer aufwändigen Steuereinrichtung und den vier Anschlüssen. All dies ist besonders nachteilig, berücksichtigt man, dass bei herkömmlichen Werkzeugmaschinen üblicherweise nur zwei Medienanschlüsse vorhanden sind.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Betätigungseinrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die einfacher und kostengünstiger ist, eine Vereinfachung eines Steuergerätes zur Folge hat und mit lediglich zwei Medienanschlüssen, wie sie üblicherweise an Werkzeugmaschinen vorhanden sind, auskommt.
  • Die Aufgabe ist bei einer Betätigungseinrichtung der eingangs genannten Art gemäß der Erfindung durch die Merkmale im Anspruch 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Merkmale der Erfindung sowie Ausgestaltungen und Verbesserungen ergeben sich aus den Unteransprüchen. Durch die Erfindung ist erreicht, dass die Betätigungseinrichtung nur zwei Anschlüsse benötigt, nämlich einen Anschluss für die erste Leitung und einen weiteren Anschluss für die zweite Leitung, wobei über die erste Leitung das Druckmedium unter Arbeitsdruck zur Herbeiführung der Zentrier- oder Spannstellung sowohl zum Arbeitszylinder als auch zu den einzelnen im Spannfutter vorgesehenen Spannkolben geführt wird und sowohl der Arbeitskolben als auch die Spannkolben mit dem Arbeitsdruck beaufschlagbar sind. Nach Vollzug der Zentrierbewegung ist der höhere Spanndruck dadurch wirksam, dass über ein von außen verstellbares Druckbegrenzungsventil, insbesondere das zweite Druckbegrenzungsventil, in der zweiten Leitung, die zum Abfluss des Mediums dient, ein Mindestdruck als Gegendruck zum bestehenden Bewegungsdruck in der ersten Leitung erzeugt wird. Da während der Bewegung der Druck im System immer nur so hoch ist wie die resultierende Widerstandskraft durch Reibung und andere hemmenden Kräfte der bewegten Elemente, kann durch einen gezielten Gegendruck in der zweiten Leitung der Bewegungsdruck in der ersten Leitung auf einen höheren einstellbaren Wert gebracht werden. Durch die erfindungsgemäße Gestaltung ist die Betätigungseinrichtung erheblich vereinfacht. Werden die Leitungen innerhalb des Arbeitszylinders vorgesehen, verringert sich der diesbezügliche Aufwand noch weiter. Insgesamt führt eine solche Betätigungseinrichtung zu erheblichen Vereinfachungen und insbesondere Kosteneinsparungen.
  • Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung.
  • Der vollständige Wortlaut der Ansprüche ist vorstehend allein zur Vermeidung unnötiger Wiederholungen nicht wiedergegeben, sondern statt dessen lediglich durch Hinweis auf die Ansprüche darauf Bezug genommen, wodurch jedoch alle diese Anspruchsmerkmale als an dieser Stelle ausdrücklich und erfindungswesentlich offenbart zu gelten haben. Dabei sind alle in der vorstehenden und folgenden Beschreibung erwähnten Merkmale sowie auch die allein aus den Zeichnungen entnehmbaren Merkmale weitere Bestandteile der Erfindung, auch wenn sie nicht besonders hervorgehoben und insbesondere nicht in den Ansprüchen erwähnt sind.
  • Die Erfindung ist nachfolgend anhand von in den Zeichnungen gezeigten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
  • 1 einen schematischen Schaltplan einer Betätigungseinrichtung für Spannfutter gemäß dem Stand der Technik,
  • 2 einen schematischen Schaltplan einer Betätigungseinrichtung für Spannfutter gemäß der Erfindung,
  • 3 einen schematischen axialen Längsschnitt mit teilweiser Seitenansicht der Betätigungseinrichtung in 2 gemäß der Erfindung,
  • 4 und 5 jeweils einen schematischen radialen Schnitt der Betätigungseinrichtung in 3.
  • Zunächst ist anhand von 1 die dortige bekannte Betätigungseinrichtung 10 für nicht weiter gezeigte Spannfutter erläutert, die dem Spannen nicht gezeigter Werkstücke dienen. Von diesem Spannfutter ist nur zum Verständnis ein einzelner Spannkolben 11 in einem Zylinder 12 angedeutet, von denen das nicht gezeigte Spannfutter eine Vielzahl aufweist, z.B. sechs Stück, die im Spannfutter in etwa gleichen Umfangswinkelabständen voneinander angeordnet sind, wobei der jeweilige Spannkolben 11 im Spannfutter auf einen jeweils zugeordneten, darin verschiebbaren Spannkörper einwirkt, der einen zugeordneten futterseitigen Spannbacken betätigt. Der jeweilige Spannkolben 11 wird zum Zentrieren und Spannen in Pfeilrichtung 13 bewegt und beaufschlagt. Bestandteil des nicht gezeigten Spannfutters ist ferner ein Betätigungsglied, welches mittels der Betätigungseinrichtung 10 in Pfeilrichtung 14 axial zwischen einer ersten Zentier- oder Spannstellung und einer zweiten, dazu gegensinnigen Lösestellung verschiebbar ist. Ein derartiges nicht gezeigtes Spannfutter ist zum radialen Innenspannen oder Außenspannen von Werkstücken bestimmt und hat aufgrund der Spannkolben 11 im jeweiligen Zylinder 12 einen hydraulischen Ausgleich ( DE 41 14 884 A1 ), wobei ein solches Spannfutter es möglich macht, dünnwandige Werkstücke auch dann verformungsfrei zu spannen, wenn diese nicht exakt rund sind, weil die Spannbacken nach dem Kontakt mit dem Werkstück individuell verschoben werden können. Durch ein solches Spannfutter mit hydraulischem Ausgleich lässt sich verhindern, dass beim Spannen im Werkstück Spannungen entstehen, die nach dem Ausspannen zu einer Verformung des Werkstücks führen. Auch wenn ein solches Spannfutter mit hydraulischem Ausgleich von besonderem Vorteil ist, ist diese Betätigungseinrichtung 10 und vor allem die später erläuterte gemäß der Erfindung auch zur Betätigung anderer Spannfutter gleichermaßen geeignet.
  • In bekannter Weise ist die Betätigungseinrichtung 10 mit einem druckmittelbetriebenen Arbeitszylinder 15 versehen, der innerhalb eines Zylindergehäuses 16 einen doppeltwirkenden Arbeitskolben 17 mit einer z.B. zu einer Seite des Zylindergehäuses 16 herausgeführten Kolbenstange 18 aufweist. Nicht weiter gezeigt ist, dass der Arbeitszylinder 15 mit einer das Spannfutter tragenden Arbeitsspindel 19 (3) einer Werkzeugmaschine axial unverschiebbar und mit dieser umlaufend verbunden ist.
  • Der Arbeitszylinder 15 weist auf einer ersten Kolbenseite 20 einen ersten Arbeitsraum 21 und auf der gegenüberliegenden zweiten Kolbenseite 22 einen zweiten Arbeitsraum 23 auf. Im Zylindergehäuse 16 verläuft eine erste Leitung 24 für ein Druckmittel, z.B. Luft oder Öl, wobei die erste Leitung 24 mit dem ersten Arbeitsraum 21 verbunden ist und dieser über einen Anschluss B das Druckmittel dann mit einem Druck P1 zuführbar ist, wenn der Arbeitskolben 17 in 1 nach unten in eine erste axiale Stellung bewegt werden soll, wodurch das nicht gezeigte Betätigungsglied des Spannfutters axial ebenfalls in eine erste Zentrier- oder Spannstellung bewegt wird. Die Bewegung des Arbeitskolbens 17 in dieser Richtung ist durch ein Sicherheitsrückschlagventil 25 innerhalb der ersten Leitung 24 gegen Ausfall des Arbeitsdruckes des Druckmediums abgesichert. Der zweite Arbeitsraum 23 des Arbeitszylinders 15 ist mit einer zweiten Leitung 26 innerhalb des Zylindergehäuses 16 verbunden, die mit einem Anschluss A in Verbindung steht und ein vorzugsweise einstellbares Drosselventil 27 enthält. Das Sicherheitsrückschlagventil 25 ist über eine Steuerleitung 28 mit der zweiten Leitung 26 verbunden, über die zum Öffnen des Spannfutters und Freigeben des Werkstückes das Sicherheitsrückschlagventil 25 entsperrt wird. Zum axialen Verschieben des nicht gezeigten Betätigungsgliedes des Spannfutters mittels des Arbeitszylinders 15 wird ein Druckmedium mit Arbeitsdruck P1 über die erste Leitung 24 mit Öffnung des Sicherheitsrückschlagventils 25 dem ersten Arbeitsraum 21 zugeführt. Das auf die erste Kolbenseite 20 wirkende Druckmedium verschiebt den Arbeitskolben 17 in Pfeilrichtung 14 in 1 nach unten. Das aus dem zweiten Arbeitsraum 23 verdrängte Medium wird über die zweite Leitung 26 und das Drosselventil 27 über den Anschluss A abgeführt.
  • Für die Betätigung des jeweiligen Spannkolbens 11 ist bei der bekannten Betätigungseinrichtung 10 eine dritte Leitung 29 mit zugeordnetem Anschluss C vorgesehen, in der ein Sicherheitsrückschlagventil 30 enthalten ist. Ferner ist eine vierte Leitung 31 vorgesehen, die als Steuerleitung zum Sicherheitsrückschlagventil 30 führt und zum Entsperren dieses zum Öffnen des Spannfutters dient. Die vierte Leitung 31 wird von einem Anschluss D mit Medium gespeist. Über die dritte Leitung 29 werden die einzelnen Spannkolben 11 für den Zentrier- oder Spannvorgang mit dem Arbeitsmedium beaufschlagt. Dabei stehen je nach Einsatzbedingungen am Anschluss C zwei verschiedene einstellbare Betätigungsdrücke an, und zwar ein niedrigerer Druck, um mittels des jeweiligen Spannkolbens 11 ein Zentrieren des zu spannenden Werkstückes zu ermöglichen, und danach ein höherer Druck, um über die jeweiligen Spannkolben 11 das Spannen zu bewirken.
  • Zum Öffnen des Spannfutters wird über den Anschluss D die vierte Leitung 31 derart angesteuert, dass das dortige Sicherheitsrückschlagventil 30 entsperrt wird, so dass der Spanndruck beim jeweiligen Spannkolben 11 abfällt. Ferner wird über den Anschluss A die zweite Leitung 26 mit dem Druckmedium gespeist, das dem zweiten Arbeitsraum 23 zugeführt wird und über die Steuerleitung 28 ein Entsperren des Sicherheitsrückschlagventils 25 bewirkt. Dadurch wird der Arbeitskolben 17 in Richtung des Pfeiles 14 nach oben verschoben.
  • Eine derartige bekannte Betätigungseinrichtung 10 ist aufwändig. Die benötigt insgesamt vier Leitungen 24, 26, 29 und 31 jeweils mit vier Anschlüssen A, B, C und D. Insbesondere dann, wenn diese einzelnen Leitungen im Inneren des Arbeitszylinders 15 verlaufen, ist die Herstellung des Arbeitszylinders 15 kompliziert und teuer. Die Anordnung der vier Anschlüsse ist aufwändig. Zu jedem dieser Anschlüsse müssen entsprechende Leitungen im System geführt werden, was den Aufwand zusätzlich erhöht. Ferner bedarf es einer aufwändigen Steuereinrichtung, z.B. zur Ansteuerung der dritten Leitung 29 mit unterschiedlich großen Betätigungsdrücken. Die Steuereinrichtung ist kompliziert, aufwändig und teuer. Berücksichtigt man, dass bei Werkzeugmaschinen üblicherweise nur zwei Medienanschlüsse vorhanden sind, so wird deutlich, welcher zusätzliche große Aufwand erforderlich ist, um eine solche Werkzeugmaschine so herzurichten, dass die Betätigungseinrichtung 10 bekannter Art dafür geeignet ist.
  • Nachfolgend ist anhand 2 bis 5 die Betätigungseinrichtung 10 gemäß der Erfindung erläutert, wobei für die Teile, die der Betätigungseinrichtung in 1 entsprechen, der besseren Übersicht wegen gleiche Bezugszahlen verwendet sind.
  • Bei der Betätigungseinrichtung 10 gemäß der Erfindung entfällt die dritte Leitung 29 und ferner die vierte Leitung 31 jeweils mit den zugeordneten Anschlüssen C und D. Statt dessen weist die Betätigungseinrichtung nur zwei Anschlüsse A und B auf, von denen der Anschluss B mit der ersten Leitung 24 und der Anschluss A mit der zweiten Leitung 26 in Verbindung steht. Die erste Leitung 24 und die zweite Leitung 26 sind in gleicher Weise wie in 1 mit dem Arbeitszylinder 15 verbunden, wobei zum Einleiten des Zentrier- oder Spannvorganges über den Anschluss B und die erste Leitung 24 das Druckmedium unter Arbeitsdruck dem ersten Arbeitsraum 21 des Arbeitszylinders 15 zugeführt wird und aus dem zweitten Arbeitsraum 23 bei der Bewegung des Arbeitskolbens 17 in Pfeilrichtung 14 nach unten Medium über die zweite Leitung 26 zum Anschluss A abgeführt wird.
  • Die einzelnen Spannkolben 11 sind mittels des gleichen, auf die erste Kolbenseite 20 des Arbeitskolbens 17 geleiteten Druckmediums in Spannrichtung gemäß Pfeil 13 beaufschlagbar, weil von der ersten Leitung 24 eine Abzweigung 32 zu den Spannkolben 11 abzweigt, in der dann ebenfalls der Druck P1 herrscht. In der ersten Leitung 24 ist vor der Zuführung des Druckmediums zur ersten Kolbenseite 20 und zu den einzelnen Spannkolben 11 im Spannfutter das erste Sicherheitsrückschlagventil 25 angeordnet, welches über die Steuerleitung 28 entsperrbar ist, die mit der zweiten Leitung 26 verbunden ist. Das erste Sicherheitsrückschlagventil 25 öffnet in Zuführrichtung des Mediums zu den Spannkolben 11 und zum Arbeitszylinder 15.
  • In der zweiten Leitung 26, die zum zweiten Arbeitsraum 23 des Arbeitszylinders 15 führt, ist ein zweites entsperrbares Sicherheitsrückschlagventil 33 angeordnet, das die zweite Leitung 26 sperrt und über eine an die erste Leitung 24 angeschlossene Steuerleitung 34 zum Öffnen oder Lösen des Spannfutters entsperrbar ist.
  • In der zweiten Leitung 26 sind hintereinander ein erstes Druckbegrenzungsventil 35 und ein zweites Druckbegrenzungsventil 36 angeordnet, die gegensinnig wirkend sind und von denen z.B. das erste Druckbegrenzungsventil 35 auf einen vorgegebenen Druckwert vorzugsweise fest eingestellt ist, während das zweite Druckbegrenzungsventil 36 so beschaffen ist, dass dessen Druckwert vorzugsweise veränderbar und einstellbar ist. Von der zweiten Leitung 26 zweigt eine Messleitung 37 ab, die z.B. zwischen dem ersten Druckbegrenzungsventil 35 und dem zweiten Druckbegrenzungsventil 36 mit der zweiten Leitung 26 verbunden ist. Das vorzugsweise einstellbare Drosselventil 27 folgt im Anschluss an das zweite Druckbegrenzungsventil 36 und dient dazu, die Bewegungen des Arbeitskolben 17 einerseits und der einzelnen Spannkolben 11 im Spannfutter andererseits zu vergleichmäßigen, da aufgrund unterschiedlicher Kolbenflächen verschiedene Geschwindigkeiten bei der Bewegung vorkommen könnten.
  • Das zweite Sicherheitsrückschlagventil 33 ist beim gezeigten Ausführungsbeispiel vor dem Drosselventil 27 und im Anschluss an das zweite Druckbegrenzungsventil 36 angeordnet. Bei einem anderen, nicht gezeigten Ausführungsbeispiel kann das zweite Sicherheitsrückschlagventil 33 auch an anderer Stelle sitzen, z.B. auch zwischen dem Arbeitszylinder 15 und dem ersten Druckbegrenzungsventil 35.
  • Die Steuerleitung 28, die beim Lösen oder Öffnen des Spannfutters zur Entsperrung des ersten Sicherheitsrückschlagventils 25 dient, zweigt auf jeden Fall hinter dem ersten Druckbegrenzungsventil 35 von der zweiten Leitung 26 ab, wobei die Abzweigungsstelle so gewählt ist, dass der durch das erste Druckbegrenzungsventil 35 eingestellte, beim Lösen des Spannfutters wirksame Druck zugleich auch in der Steuerleitung 28 zum Entsperren des ersten Sicherheitsrückschlagventils 25 beim Beaufschlagen der zweiten Kolbenseite 22 des Arbeitskolbens 17 und Überführen in die Lösestellung herrscht. Mittels dieses ersten Druckbegrenzungsventils 35 wird somit erreicht, dass in der zum ersten Sicherheitsrückschlagventil 25 führenden Steuerleitung 28 ein entsprechend und ausreichend hoher Entsperrdruck vorgegeben wird, der beim Lösen oder Öffnen des Spannfutters ein Verspannen des Systems vermeidet.
  • Das zweite Druckbegrenzungsventil 36 ist vorzugsweise hinsichtlich seines Druckwertes veränderbar und einstellbar, so dass ein einstellbarer Mindestdruck für das in der zweiten Leitung 26 beim Spannen zurückgeführte Druckmedium vorgegeben wird, der als Gegendruck zu dem in der ersten Leitung 24 bestehenden, auf die erste Kolbenseite 20 des Arbeitskolbens 17 und ferner auf die einzelnen Spannkolben 11 im Spannfutter wirkenden Bewegungsdruck wirksam ist. Da beim Spannen während der Bewegung der Druck im System immer nur so hoch ist, wie die resultierende Widerstandskraft durch Reibung und andere hemmende Kräfte der bewegten Elemente ist, kann mittels des zweiten Druckbegrenzungsventils 36 ein Gegendruck gezielt eingestellt und durch einen solchen der Bewegungsdruck auf einen höheren einstellbaren Wert gebracht werden. Zum Zentrieren oder Spannen kann also zunächst der jeweilige Spannkolben 11 mit einem geringen Arbeitsdruck beaufschlagt werden, wobei nach erfolgtem Zentrieren durch einen sich einstellenden höheren Gegendruck beim Druckbegrenzungsventil 36 ein höherer Arbeitsdruck für die Beaufschlagung der Spannkolben 11 wirksam wird.
  • Das erste Druckbegrenzungsventil 35 ist so gestaltet, dass dieses bei der Abführung des Druckmediums durch die zweite Leitung 26 durchgängig ist und bei dazu gegensinniger Führung des Druckmediums sperrt und erst bei Überschreiten eines vorgegebenen Druckwertes zum Lösen bzw. Öffnen des Spannfutters öffnet. Das gegensinnig wirkende zweite Druckbegrenzungsventil 36 sperrt bei der Abführung des Druckmediums durch die zweite Leitung 26 und öffnet dabei erst bei Überschreiten eines eingestellten Druckwertes, wodurch in der zweiten Leitung 26 beim Spannen also ein entsprechender Gegendruck entsprechender Höhe aufrechterhalten und dadurch ein entsprechender Bewegungsdruck in der ersten Leitung 24 erzeugt wird. Das zweite Druckbegrenzungsventil 36 ist dann durchgängig, wenn das Druckmedium gegensinnig, d.h. durch die zweite Leitung 26 zum zweiten Arbeitsraum 23, geführt wird.
  • Die Betätigungseinrichtung 10 ist somit so gestaltet, dass zum Überführen des Spannfutters in die Zentrier- oder Spannstellung die erste Leitung 24 das unter Arbeitsdruck stehende Druckmedium, z.B. Luft oder Öl, führt, während die zweite Leitung 26 das hierbei zurückströmende Medium führt. Beim Überführen des Spannfutters statt dessen in die Lösestellung führt die zweite Leitung 26 das unter Arbeitsdruck stehende Druckmedium, während die erste Leitung 24 das hierbei zurückströmende Medium führt.
  • Die erste Leitung 24 und/oder die zweite Leitung 26 sind in den Arbeitszylinder 15 integriert und dort durch entsprechende innere Kanäle verwirklicht. Dies ergibt sich insbesondere aus 3 bis 5, wo die Sicherheitsrückschlagventile 25 und 33 sowie die beiden Druckbegrenzungsventile 35 und 36 nur schematisch angedeutet sind. Hierbei können das erste Sicherheitsrückschlagventil 25 und das zweite Sicherheitsrückschlagventil 33 innerhalb des Arbeitszylinders 15, insbesondere innerhalb des Zylindergehäuses 16, angeordnet sein, und dabei vorzugsweise in einander etwa diametral gegenüberliegender Anordnung. Gleichermaßen können auch das erste Druckbegrenzungsventil 35 und das zweite Druckbegrenzungsventil 36 innerhalb des Arbeitszylinders 15, insbesondere innerhalb des Zylindergehäuses 16, angeordnet sein und hierbei mit Vorzug in einander etwa diametral gegenüberliegender Anordnung. Das Drosselventil 27 kann außerhalb des Arbeitszylinders 15 angeordnet sein, oder, wie in 2 gezeigt ist, in diesen integriert sein.
  • Der Arbeitszylinder 15 weist lediglich die beiden Medienanschlüsse A und B auf, von denen der Anschluss B mit der ersten Leitung 24 und der Anschluss A mit der zweiten Leitung 26 in Verbindung steht. Die erste Leitung 24 verläuft vom zugeordneten Mediumanschluss B ausgehend bis hin zur ersten Kolbenseite 20 durch das Zylindergehäuse 16. Die zu den einzelnen Spannkolben 15 im nicht gezeigten Spannfutter führende Abzweigung 32 ist, wie 3 erkennen lässt, vom ersten Arbeitsraum 21 durch das Zylindergehäuse 16 und den Arbeitskolben 17, und zwar dessen Kolbenstange 18, hindurch und aus dem Arbeitszylinder 15 in Richtung zum Spannfutter, das in 3 nur schematisch mit 9 angedeutet ist, geführt.
  • Der Arbeitskolben 17 enthält einen zentralen Durchlass 38 für ein weiteres Medium, das durch den Arbeitskolben 17 hindurchgeleitet werden kann. Für dieses weitere Medium ist ein an den Arbeitskolben 17 angeschlossener, nicht umlaufender Drehverteiler 39 mit einem Mediumanschluss angeschlossen.
  • Die beiden Medienanschlüsse A und B des Arbeitszylinders 15 sind an einem nicht umlaufenden Drehverteiler 40 vorgesehen, der das Zylindergehäuse 16 umgibt.
  • Zum Überführen des Spannfutters 9, insbesondere eines solchen mit hydraulischem Ausgleich gemäß DE 41 14 884 A1 , in die Zentrier- und Spannstellung wird über den Anschluss B die erste Leitung 24 mit Druckmedium unter Arbeitsdruck gespeist. Das erste Sicherheitsrückschlagventil 25 öffnet in Arbeitsrichtung, so dass mit dem Druck P1 die erste Kolbenseite 20 des Arbeitszylinders 15 und die einzelnen Spannkolben 11 beaufschlagt werden. Das zweite Sicherheitsrückschlagventil 33 in der zweiten Leitung 26 wird über die Steuerleitung 34 entsperrt. Das erste Druckbegrenzungsventil 35 ist durchgängig für das aus dem zweiten Arbeitsraum 23 verdrängte Medium. Durch das zweite Druckbegrenzungsventil 36 wird in der zweiten Leitung 26 ein Mindestdruck des abfließenden Mediums vorgegeben, der als Gegendruck zum bestehenden Bewegungsdruck in der ersten Leitung 24 ansteht. Da während der Bewegung der Druck im System immer nur so hoch ist wie die resultierende Widerstandskraft durch Reibung und andere hemmenden Kräfte der bewegten Elemente, kann durch einen eingestellten gezielten Gegendruck beim zweiten Druckbegrenzungsventil 36 der Bewegungsdruck in der ersten Leitung 24 auf einen höheren einstellbaren Wert gebracht werden, der dann zum Beaufschlagen der Spannkolben 11 zum Spannen wirksam ist. Der Spanndruck in der ersten Leitung 24 ist unabhängig von einem beim Anschluss B anstehenden höheren Druck dann lediglich so groß wie der Öffnungsdruck, auf den das zweite Druckbegrenzungsventil 36 eingestellt ist. Durch dessen Einstellung können in der ersten Leitung 24 unterschiedlich hohe Spanndrücke vorgegeben werden.
  • Zum Lösen oder Öffnen des Spannfutters 9 wird der Anschluss A mit dem Arbeitsdruck des Mediums beaufschlagt. Ein Entsperren des ersten Sicherheitsrückschlagventils 25 wird über die Steuerleitung 28, die den Druck in der zweiten Leitung 26 führt, ermöglicht. Das zweite Sicherheitsrückschlagventil 33 öffnet in Druckrichtung, ebenso das zweite Druckbegrenzungsventil 36. Das erste Druckbegrenzungsventil 35 öffnet erst dann, wenn der Druck in der zweiten Leitung 26 den eingestellten Druck erreicht hat, wodurch sichergestellt ist, dass der Entsperrdruck in der Steuerleitung 28 für das Sicherheitsrückschlagventil 25 immer groß genug ist, um beim Lösen oder Öffnen des Spannfutters ein Verspannen des Systems zu verhindern.
  • Ersichtlich ist die Betätigungseinrichtung 10 gemäß der Erfindung im Vergleich zu der bekannten Einrichtung gemäß 1 einfacher und kostengünstiger. Sie ermöglicht das Betreiben eines Spannfutters 9 ohne aufwändige Steuereinrichtung und zusätzliche einstellbare Betätigungsdrücke für die einzelnen Spannkolben, wobei lediglich zwei Medienanschlüsse A und B notwendig sind, wie sie herkömmlich bei üblichen Werkzeugmaschinen ohnehin vorhanden sind. Es bedarf also weder zusätzlicher kostenträchtiger Leitungen bzw. innerer Kanäle im Arbeitszylinder 15 noch zusätzlicher weiterer Anschlüsse C und D mit entsprechenden Anschlussschläuchen. Ferner bedarf es keiner aufwändigen, kostenträchtigen Steuereinrichtung. Die erfindungsgemäße Betätigungseinrichtung 10 führt zu einer erheblichen Vereinfachung und vor allem Kostenersparnis.

Claims (26)

  1. Betätigungseinrichtung für Spannfutter, insbesondere für Werkstücke, mit einem druckmittelbetriebenen Arbeitszylinder (15), der innerhalb eines Zylindergehäuses (16) einen doppeltwirkenden Arbeitskolben (17) aufweist, der mittels eines in einen ersten Arbeitsraum (21) des Arbeitszylinders (15) auf eine erste Kolbenseite (20) geleiteten Druckmediums in eine erste axiale Stellung und mittels eines in einen zweiten Arbeitsraum (23) des Arbeitszylinders (15) auf eine zweite, gegenüberliegende Kolbenseite (22) geleiteten Druckmediums gegensinnig in eine zweite axiale Stellung bewegbar ist und mit einem Betätigungsglied des Spannfutters (9) zur entsprechenden axialen Verschiebung zwischen einer ersten Zentrier- oder Spannstellung und einer zweiten, dazu gegensinnigen Lösestellung kuppelbar ist, wobei die Bewegung des Arbeitskolbens (17) in zumindest einer Richtung durch ein Sicherheitsrückschlagventil (25) gegen Ausfall des Arbeitsdruckes des Druckmediums abgesichert ist, dadurch gekennzeichnet, dass mittels des gleichen auf die erste Kolbenseite (20) des Arbeitskolbens (17) geleiteten Druckmediums durch eine Abzweigung (32) davon einzelne im Spannfutter (9) vorgesehne Spannkolben (11) in deren Spannrichtung (13) beaufschlagbar sind.
  2. Betätigungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass einer ersten, zum ersten Arbeitsraum (21) des Arbeitszylinders (15) führenden Leitung (24) für das Druckmedium vor der Zuführung des Druckmediums zu der ersten Kolbenseite (20) des Arbeitskolbens (17) und den Spannkolben (11) im Spannfutter (9) ein diesen gemeinsames erstes entsperrbares Sicherheitsrückschlagventil (25) angeordnet ist, das in Zuführrichtung öffnet.
  3. Betätigungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in einer zweiten, zum zweiten Arbeitsraum (23) des Arbeitszylinders (15) führenden Leitung (26) für das Druckmedium ein zweites entsperrbares Sicherheitsrückschlagventil (33) angeordnet ist, das die zweite Leitung (26) sperrt und über eine an die erste Leitung (24) angeschlossene Steuerleitung (34) entsperrbar ist.
  4. Betätigungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass in der zweiten Leitung (26) ein erstes auf einen vorgegebenen Druckwert vorzugsweise festeingestelltes Druckbegrenzungsventil (35) angeordnet ist.
  5. Betätigungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass in der zweiten Leitung (26) ein zweites Druckbegrenzungsventil (36) – vorzugsweise im Anschluss an das erste Druckbegrenzungsventil (35) – angeordnet ist, dessen Druckwert vorzugsweise veränderbar und einstellbar ist.
  6. Betätigungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass in der zweiten Leitung (26) im Anschluss an das zweite Druckbegrenzungsventil (36) ein vorzugsweise einstellbares Drosselventil (27) angeordnet ist, mittels dessen die Bewegungen des Arbeitskolbens (17) einerseits und der einzelnen Spannkolben (11) im Spannfutter (9) andererseits vergleichmäßigt werden.
  7. Betätigungseinrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Sicherheitsrückschlagventil (33) vor dem Drosselventil (27), insbesondere im Anschluss an das zweite Druckbegrenzungsventil (36) oder das erste Druckbegrenzungsventil (35) oder vor letzterem, angeordnet ist.
  8. Betätigungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass von der zweiten Leitung (26) vorzugsweise hinter dem ersten Druckbegrenzungsventil (35) oder dem zweiten Druckbegrenzungsventil (36) eine Steuerleitung (28) abzweigt, die an das erste Sicherheitsrückschlagventil (25) angeschlossen ist und zu dessen Entsperrung beim Beaufschlagen der zweiten Kolbenseite (22) des Arbeitskolbens (17) und Überführen des Spannfutters (9) in die Lösestellung dient.
  9. Betätigungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass mittels des ersten Druckbegrenzungsventils (35) in der zum ersten Sicherheitsrückschlagventil (25) führenden Steuerleitung (28) ein entsprechend und ausreichend hoher, eine Systemverspannung verhindernder Entsperrdruck vorgegeben wird.
  10. Betätigungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass mittels des zweiten Druckbegrenzungsventils (36) ein vorzugsweise einstellbarer Mindestdruck des in der zweiten Leitung (26) geführten Druckmediums vorgegeben wird, der als Gegendruck zu dem in der ersten Leitung (24) bestehenden, auf die erste Kolbenseite (20) des Arbeitskolbens (17) und auf die einzelnen Spannkolben (11) im Spannfutter (9) wirkenden Bewegungsdruck wirksam ist.
  11. Betätigungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Leitung (24) und/oder die zweite Leitung (26) in den Arbeitszylinder (15) integriert und dort durch entsprechende innere Kanäle verwirklicht sind.
  12. Betätigungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Sicherheitsrückschlagventil (25) und das zweite Sicherheitsrückschlagventil (33) innerhalb des Arbeitszylinders (15), insbesondere innerhalb des Zylindergehäuses (16), angeordnet sind, vorzugsweise in einander etwa diametral gegenüberliegender Anordnung.
  13. Betätigungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Druckbegrenzungsventil (35) und das zweite Druckbegrenzungsventil (36) innerhalb des Arbeitszylinders (15), insbesondere innerhalb des Zylindergehäuses (16), angeordnet sind, vorzugsweise in einander etwa diametral gegenüberliegender Anordnung.
  14. Betätigungseinrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Drosselventil (27) außerhalb des Arbeitszylinders (15) angeordnet oder in diesen integriert ist.
  15. Betätigungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Arbeitszylinder (15) zwei Medienanschlüsse (A, B) aufweist, von denen der eine Medienanschluss (B) mit der ersten Leitung (24) und der andere Medienanschluss (A) mit der zweiten Leitung (26) in Verbindung steht.
  16. Betätigungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Leitung (24) vom zugeordneten Mediumanschluss (B) ausgehend bis hin zur ersten Kolbenseite (20) des Arbeitskolbens (17) durch das Zylindergehäuse (16) verläuft und dass die zu den einzelnen Spannkolben (11) im Spannfutter (9) führende Abzweigung (32) von der ersten Leitung (24) von der ersten Kolbenseite (20) des Arbeitskolbens (17) durch den Arbeitskolben (17) hindurch und aus dem Arbeitszylinder (15) heraus geführt ist.
  17. Betätigungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Arbeitskolben (17) einen zentralen Durchlass (38) für ein weiteres Medium enthält.
  18. Betätigungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Arbeitszylinder (15) mit einer ein Spannfutter (9) tragenden Arbeitsspindel (19) einer Werkzeugmaschine axial unverschiebbar und mit dieser umlaufend verbunden ist.
  19. Betätigungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Medienanschlüsse (A, B) des Arbeitszylinders (15) an einem nichtumlaufenden, das Zylindergehäuse (16) umgebenden Drehverteiler (40) vorgesehen sind.
  20. Betätigungseinrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass für das weitere, durch den Durchlass (38) des Arbeitskolbens (17) geführte Medium ein weiterer, an den Arbeitskolben (17), z.B. an dessen Kolbenstange (18), angeschlossener Drehverteiler (39) mit einem zugeordneten Mediumanschluss angeschlossen ist.
  21. Betätigungseinrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass von der zweiten Leitung (26), z.B. hinter dem ersten Druckbegrenzungsventil (35), eine Messleitung (37) abzweigt.
  22. Betätigungseinrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Druckbegrenzungsventile (35, 36) gegensinnig wirkend sind.
  23. Betätigungseinrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Druckbegrenzungsventil (35) bei der Abführung des Druckmediums durch die zweite Leitung (26) durchgängig ist und bei dazu gegensinniger Führung des Druckmediums sperrt und erst bei Überschreiten eines vorgegebenen Druckwertes öffnet.
  24. Betätigungseinrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Druckbegrenzungsventil (36) bei der Abführung des Druckmediums durch die zweite Leitung (26) sperrt und erst bei Überschreiten eines eingestellten Druckwertes öffnet und bei dazu gegensinniger Führung des Druckmediums durchgängig ist.
  25. Betätigungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass zum Überführen des Spannfutters (9) in die Zentrier- oder Spannstellung die erste Leitung (24) das unter Arbeitsdruck stehende Druckmedium, z.B. Luft oder Öl, führt und die zweite Leitung (26) das hierbei zurückströmende Medium führt.
  26. Betätigungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass zum Überführen des Spannfutters (9) in die Lösestellung die zweite Leitung (26) das unter Arbeitsdruck stehende Druckmedium, z.B. Luft oder Öl, führt und die erste Leitung (24) das hierbei zurückströmende Medium führt.
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