DE1803105A1 - Hydraulische Innen- und Aussengreif- oder -spannvorrichtung - Google Patents

Description

• Hydraulische Innen- und Außengreif- oder -spannvorrichtung Die Erfindung betrifft eine hydraulische Innen- und Außengreif- oder -spannvorrichtung, insbesondere für Mehrbackenfutter oder Spannsangen bei Werkzeugmaschinen. Spannvorrichtungen für die linsel- oder Serienfertigung müssen die nachfolgend aufgeführten Bedingungen erfüllen, wenn sie allgemein und unbeschränkt verwendbar sein sollen: Die Die Spannvorrichtung maß in ihren Absessungen im Verhältnis zur schine, an der sie verwendet wird, und zum Werkstück klein sein 2.) Die Spannvorrichtung muß mit wenigen Handgriffen und ohne Zubehörteile, die während der Lagerung bei Nichtgebrauch leicht verloren gehen, an die Maschine angebracht werden kennen 30) Die Spannvorrichtung muß es zulassen, daß das Werkstück wahlweise während des Laufes oder whhrend des Stillstandes der Maschine eingespannt werden kann 4.) die Spannvorrichtung muß es ermöglichen, daß die gewünschte Spannkraft mittels einer Vorrichtung einstellbar und die Zinstellung auf einer geeichten Skala ablesbar ist 5.) Die Spannvorrichtung mnß zur Brzielung kleinster Verlustzeiten für das Bin und juespannen die Grobanstellung des Spannfutters an das Werkstück und die Löaung in karzester Zeit durch forderung einer großen Menge Druckflüssigkeit pro Zeiteinheit vornehmen 6.) Die Spannvorrichtung muß nach der Grobanstellung festspannen und während des gesamten Arbeitsganges eine konstante, und zwar die voreingestellte Spannkraft, durch Förderung einer reduzierten Druckflüssigkeitsmenge ausüben 7.) Die Spannvorrichtung nuß wahlweise innen und außen spannen kennen 8.) Die Spannvorrichtung Muß zur Vermeidung von Unfillen gegen ungewolltes Öffnen oder bei Ausfall der von außen zugeführten Energie ihre Spannkraft aufrechterhalten 9.) Die Spannvorrichtung muß zur Erzielung großer Spannkräfte unabhängig von außerhalb befindliohen Druckbeaufschlagungeverrichtungen oder -behältern sein und ein in sich abgeschlossenes Hydraulikystern ohne Zu- und Ableitung der Druckflüssigkeit bilden lo.) Die Spannvorrichtung muß so ausgebildet sein, daß sie wahlweise mit dem Spannfutter ud aurend oder an einem Reitstock feststehend betrieben werden kann 11.) Die Spannvorrichtung muß über Druck- und Druckanzeigegeräte verfügen 12.) Die Spannvorrichtung muß gegen thermische Einflüsse won außen und innen gesichert sein zeine der bekannten hydraulischen Spannvorrichtungen erfüllen die an eine ideale Spannvorrichtung zu stellende Kombonation der oben aufgeführten Bedingungen.
• Es sind Spannvorrichtungen bekannt, deren jbmessungen im Verhältnis zur Maschine klein sind. Diese Spannvorrichtung lassen sich aber nicht mit wenigen Handgriffen und ohne Zabehdrteile an die Maschine montieren.
• Zudem kann das Werkstück nur während des Stillstandes der Maschine aufgespannt werden. Ein weiterer Nachteil der bekannten Spannvorrichtungen besteht darin, daß sie mit Werkzeugen von Hand gespannt werden müssen, was sehr zeitaufwendig ist. Nachteilig ist auch, daß die zu Beginn des Irbeitaganges eingestellte Spankkraft nicht während des Arbeitsganges automatisch durch Energiezufuhr auf einen konstanten Wert gehalten werden kann.
• Die bekannten Spannfutter mit umlaufenden Kolbenpumpen sind in ihren jbiessungen derart groß, daß sie durch ihre Unhandlichkeit für den Verwendungszweck stark eingeschränkt sind, wie auch die bekannten Spannfutter, die von außen mit Druck beaufschlagt werden. Gerade bei der letztgenannten Art der hydraulischen Spannfutter begrenzt das Problem der Zu- und Ableitung der Druckflüssigkeit die Spannkraft.
• Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine hydraulische Innern und jußengreif- oder -spannvorriohtung zu schaffen, die die unter 1 bis 12 genannten Bedingungen und noch darüber hinausgehende, sich aus der Begehretbung ergebende, erfüllt.
• Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß eine Hochdruckpum-Pe, beisielsweise Rollenzellenpumpe, ii Innern des ankers des wahlweise mit der Hpannfttter umlaufenden oder mit den Reitstock feststehenden Statomrs eines: aus Aker und Btater bestchenden Elcktromotors untergebracht ist. Der Antrieb der Hochdruckpumpe erfolgt mittels einer kraft- oder formschlüssigen Ritzelkupplung des sich drchenden Anders.
• In weiterer Ausgestaltung der Brflndung wird die Hoohdruckpumpe nach erfolgte Grobanstellung durch Verstellzylinder oder daroh elektronische Drchzahlrefelung so beeinflußt, daß die zu fördernde Druckflüssigkeit pro Zeiteinheit gerade auf die Menge reduziert wird, die erforderlich ist, um die Festspannkraft auf ihren voreingestellten Wert während des gesamten Arbeitsganges zu halten.
• lin Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.
• Es zeigen: Fig.1 einen Schnitt durch die Seitenansicht der Spannvorrichtung nach der Erfindung. Die Spannvorrichtung wird lit der Befstiggngsseite F an die Maschine oder an den Reitstock angeflanscht. Die Hoohdruckpumpe l, beispielsweise Rollenzellenpumpe, ist im Innern des Ankers 2 und Wicklung 3 untergebracht. Mittels des Ritzels 4 ist die Hochdruckpe 1 mit der Anker 2 Kraft-oder Formschlüssig gekuppelt. Der Anker 2 ist auf der achse 5, die mit den Stator 6 eine Einheit bildet, gelagert. Die Achse 5 trägt einen Zapfen 7, der in einen feststehenden Haltestück 8 drehbar gelagert ist. Der Stator 6 hat eine Wicklung 9, die über die isoliert angebrachten Sohleifringe lo elektrisch leitend mit den Schleifkontakten 11, von denen nur einer dargestellt ist, verbunden sind. Der Anker 2 mit Wicklung 3 und der Stator 6 mit Wicklung 9 bilden einen Elektronotor. Bin Druckflüssigkeitsvorratsbehälter 12 liegt ringformig umd den Zylinder 13 und hat einen an sich bekannten Einfüllstutzen 14, der gleichzeitig als Überdruckventil ausgebildet ist. Eine Ausgleichsvorrichtung 15 beispiels- weise ein Metallfaltenbalg oder dgl. fängt die VolusenuntersohiedeYthermischer Einflüsse auf. Die Einlaßventile 16, von denen nur eines schematisch dargestellt ist, verbinden den Vorratebehälter 12 durch ein Kanalsystem über die Hochdruckpumpe 1 mit den Zylinderabschnitten 13 a a bzw. 13 b. Die Druckeinstellvorrichtung 18 ist so ausgebildet, daß zur Erzielung einer schnellen Grobanstellung die Druckflüssigkeitsfördermenge pro Zeiteinheit so lange sehr groß ist, bis der sich aufbauende Druck auf den Verstellzylinder 1 a oder den eingebrachten elektronischen Druckaufnehmer 19 mit Drehsehlregler 20 einwirkt. Mittels einer Schraube oder eines Rändeldrehknopfes 21 mit geeiohter hier nicht dargestellter Skala wird der gewünechte Druck eingestellt. Nach Ansprechen des Verstellzyiinders la oder der Elektronik 19, 20 wirkt die Spannvcrriohtung derart daß die zeitlich gb fördert Druckflüssigkeit gerade auf die Menge reduziert wird, die erforierlioh ißt, Ul die Pestspannkraft während des gesamten jrbeitsganges konstant zu halten. Bin Druckanzeigegerät 22 zeigt den tatsächlichen in der Einstellvorrichtung 18 und damit Je nach Beaufechlagungsrichtung in dem entsprechenden Zylinderabechnitt 13 a oder 13 b herrschenden Druck an, während das Inseigegerät 23 die im Vorratsbehälter 12 befindliche Menge an Druckflüssigkeit anzeigt. Der Kolben 24 sitzt im Zylinder 13 und teilt ihn in die Abschnitte a und b. Die Stange 25 dient als Kraftübertragung der vom Kolben 24 ausgeführten Bewegung zum Spannen oder Entspannen eines Mehrbackenfutters oder einer Spannzange. Über die Öffnung 26 sind der Zylinderabschnitte 13 a und über die Öffnung 27 der Zylinderabsohnitt 13 b mit der Hoohdruckpnpe 1 verbunden0 Kühlrippen 28 können vorgeschen werden, um die während des Betriebes entstehende Wärme nach außen abzuführen.
• Fig. 2 eine Prinzipdarstellung zur Erläuterung der Wtrkungsweise der als Beispiel angezogenen Rollenzellonpumpe als Hochdruckpumoe 1. Es sei Jedoch vermerkt, daß sich der Erfindunnsgedanke nicht auf die Rollenzellenpumpe beschränkt, sondern für Jede geeignete Hochdruckpumpe angewendet werden kann. Der vordere Teil der Rollenzellenpumpe ist im Teilschnitt dargestellt und zeigt den Verstellzylinder 1 a, der sich bei Druckaufbau durch Spannkraftbildung im Mchrbacknfutter oder in der Spannzange durch Schwenken um den Drehpunkt 1 b zum Läufer 1 e zentrisch einzustellen trachtet, im drucklosen Zustand Jedoch von der um die Achse 17 a drehbar gelagerten und in 17 b fest mit dem Verstellzylinder 1 a verbundenen Steuerstange 17 durch den auf den Steuerkegel 18 a wirkenden und durch die Schraube 18 b einstellbaren Druck der Feder 18 sind die lusgangelage der exzentrisohlen Anordnung gebracht wird. Die Druckeinstellschraube 18 b ist nach oben herausgeführt und wird mittels bekannter Bauelemente auf einer Skala verstellbar und ablesbar ergänzt. Die Begrensungsscheibe 18 d verhindert eine Blockierung des Steuerkegeln 18 a und begrenzt gleich zeitig die mechanische Einstellbarkeit zur Vermeidung derjuftretens von tberdrcken.
• Fig, 3 eine Draufsicht der geöffneten Rollenzellenpumpe mit der Steuerstange 17, den um die kohle 1 b drehbar gelagerten Verstellzylinder 1 a, den Läufer 1 o mit den Rollenzellen 1 d und den Ansaug- und Druckffnungen 1 e und 1 f.
• Fig. 4 einen Schnitt durch die Ventilanordnung der Hochdruckpumpe 1.
• Sie zeigt die für die Zylinderabschnitte 13 a und b zuständigen an sich bekannten Einlaßventile 16 a und 16 b mit den entsprechenden trberdruckventilen 16 a 1 und 16 b l, die in die Offtungen 26 und 27 der Fig. 1 einmünden. Über ein weiteres hier nur angedeutetes' analsystem 18 e und Ventilen ähnlich 32, 33 und 34 der Bigo 5 ist das Gesamtsystem mit der Druckeinstllvorrichtung 18 verbunden.
• Fig. 5 eine Prinzipdarstellung im Schnitt für eine mechanische Arretserung nach erfolgtem Festspannen. Um die Stange 25 befindet sich ein Klemmring 29 lait einem Einstich, der in einen Konus ausläuft. Dieser Kleminring 29 ist mit hier nicht dargestellten Längsschlitzen versehen.
• Ein in Pfeilrichtung beweglicher Spannring oder mehrere Spannkolben 30 mit Spannasen wird oder werden unter der Kraftwirkung von Druckfedern 31 bei drucklosem System so bewegt, daß die Spannasen des Spannringes oder der Spannkolben 30 in dem Einstich des Klemmringes 29 zu liegen kommen.
• Die Kanäle 26 und 27 korrespondieren mit den gleichen Bezeichnungen der Fig. 1, während die Kugel 32 mit den Verengungen 33 und 34 Je ein Ventil bildet.
• Fig. 6 eine Spannvorrichtung nach der Erfindung zum soganannten Hohlspannen von Werkstücken, d. h. die Gewährleistung eines mittigen Werkstückdurohlasse. Sie zeigt in einer schematischen Darstellung die Hochdruck- Pumpe 1, die silber ein Ritzel 4 mit Zahnkranz 35 des Ankers 3 eines aus Linker 3 und Stator 6 bestehenden Elektromotors gekuppelt ist. Die Spannvorrichtung nach der Erfindung ist in F an die Maschine oder an den Reitstock angeflansoht. ie Wicklung des Statore 6 ist elektrisch leitend über db isoliert angebrachten Schleifringelo an die stillstehenden Sohleifkontakte 11, von denen hier nur einer dargestellt ist, geführt. Im Zylinder 13 befindet sich der Jetzt hohl ausgeführte Kolben 24 mit der ebenfalls hohl als Rohr ausgebildeten Stange 25 zur Kraft(Lbertragung. Die Funktionsweise dieser einordnung ist analog der im Innern des Ankers untergebrachten Hochdruckpumpe.
• Die Funktion der Spannvorrichtung nach der Erfindung ist wie folgte Die Zylinderabsohnitte 13 a und 13 b sowie das gesamte Hydrauliksystem sind mit Druckflüssigkeit gefüllt und auf nicht dargestellte Weise entlüftet. Wird nun der Elektromotor unter Strom gesetzt, so dreht sich der Anker 2 und betätigt damit die Hochdruckpumpe 1. Die Drehrichtung sei dabei so gewählt, daß die Hochdruckpumpe 1 durch die Öffnung 26 Druckfllsnigkeit aus dem Zylinderabschnitt 13 a saugt und aus der Öffnung 27 in den Zylinderabsohnitt 13 b drückt. Dabei bewegt sich der Kolben 24 mit der Stange 25 in Pfeilrichtung 1. Solange die Stange 25 keinen mechanischen Widerstand findet, fördert die Hochdruckpumpe 1 eine große Menge Druckflüssigkeit pro Zeiteinheit, weil der Verstellzylinder 1 a die in der Fig. 3 dargestellte Lage einnimmt. Das bedeutet eine außerordentlich schnelle Grobanstellung. Erst wenn die Stange 25 durch Spannkraftbildung im Mehrbackenfutter oder in der Spannzange die Bewegung des Kolbens 24 behindert, verschiebt sich der Verstellzylinder 1 a zum Läufer 1 c so weit zentrisch, wie es die mittels der Schraube 18 b eingestellte Zusa-endr(ckbarkeit der Feder 18 c und damit der Hub des Steuerkegels 18 a zuläßt. Dadurch wird die geförderte Menge an Druckflüssigkeit pro Zeiteinheit gerade auf die Menge reduziert, die erforderlich ist, um die Festspannkraft auf ihren voreingestellten Wert während des gesamten Arbeitsganges zu halten.
• Werden 2 Anschlüsse 11 durch einen in der Zeichnug nicht dargestellten Polwendeschalter umgepolt, so ändert sich die Drebrichtung des Ankers 2 und damit fördert nunmchr die Hochdruckpumpe l @ruckflüssigkeit durch die Öffrung 27 aus den Zylinderabschnitt 13 b über die Öffnung 26 in den Zylinderabschnitt 13 a. Da die Hochdruckpumpe l jetzt keinen mechanischen Widerstand vorfindet, nimmt der Verstellzylinder l a die in der Ftg. 3 dargestellte lage ein, weil die Druckkraft der Feder 18 o tiber den Steuerkegel 18 z auf die um die Achse 17 a drehbar gelagerte und in 17 b mit dc Vorstellzylinder la verbundene Steuerstange 17 einwirkt, so daß die Fördenge pro Zeiteinheit sehr groß ist. Die Stange 25 at t schnell die lusgangelage ein wodurch sich das Mchrbackenfutter oder die Spannsange rasch öffnet.
• Es liegt auf der Hand, daß die Stangenbewsgung in Richtung r zum Außenspannen, wenn vorher innen gespannt wurde, verwendet werden kann.
• Wenn die Spannvorrichtung an einem Reitmtook befestigt ist, so stcht der Stator itt seiner Achse 5 und dem Haltestück 8 relativ zur Maschine still. Wird dagegen die Maschine spindelseitig aufgespannt betrieben, so steht nur das Haltutdck 8 mit seinen Schleifkontakten 11 relativ zur Maschine still, während der Stator 6 und die Achse 5 mit des Zapfen 7 synchron mit dem Mchrbackenfutter oder der Spannzange umläuft.
• Damit ist leicht erkennbar, daß die Stange 26 während des Drehens des Stators 6 durch entsprechende stromzuführung zu den Sohleifringen lo wahlweise nach der einen oder nach der anderen Seite bewegt werden kann und damit zum Spannen und Entspannon von außen oder innen apannonden Mehrbackenfuttern oder Spannsangen während des laufes der Maschine eingesetzt werden kann. Das Spannen oder Rntspannen während des Stillstandes der Maschine ergibt sich von selbst.
• Bei Stromansfall während des Arbeitsganges ist das Hydrauliksystem der Spannvorrichtung dadurch, daß keine Dichtigkeitsprobleme des in sich ahgeschlossenen Systems durch Zu- oder Ableitung der Druckflüssigkeit auftreten, so träge, daß über Tage keine Druckabnahme zu beobachten ist. Auf einfache Weise kann Jedoch die Spannvorrichtung nach der Brfindung mechanisch arretiert werden, inde ein Klemmring 29 mit einen Einstich, der in einen konus ausläuft, von eine Spannring oder mehreren Spannkolben 30 zusannengedrückt wird und damittdie Stange 25 blockiert.
• Erst durch Eintreten eines hydraulischen Druckes in eine der Öffnungen 26 und 27 werden die Spannkolben 3o gegen die Perdern 31 bewegt und geben dac bei den Oleitbereich für die Stange 25 frei0 Die Kugel 32 dient in Zusatz menwirkung mit den Verengungen 33 und 34 als Ventil sowohl für die eine wie auch für die andere Druckrichtung.
• In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann die Hochdruckpumpe 1 mit ihren Steuereinrichtungen 16, 17, 182 19, 20 usw. auch außerhalb des Ankers 3 angeordnet sein. Dann kann die durchgehende Bohrung 36 des Ankers 3 für den zentrischen Werkstückdurchlaß ausgenutzt werden, wie es z. B. bei Revolverdrehbänken oder Drehautomaten wünschenswert ist. Der Kolben 24 bewegt sich wie bisher im Zylinder 13 hin und her, während anstelle der massiven Stange Jetzt ein Rohr 25 die Kraft auf das Mehrbackenfutter oder die Spannzange überträgt.
• Die Wellung des Rydrauliksysteis erfolgt für den Zylinderabschnitt 13 a durch das Aunsaugventil 16 a, für den Zylinderabschnitt 13 b durch 16 b.
• Überdruckventile 16 a 1 und 16 b 1 verhindern das Anwachsen des Druckes über unzulässige Werte.

Claims (1)

1. P a t e n t a n s p r ü c h e

   1. ) Hydraulische Innen- und jußengreif- oder - spannvorrichtung, insbeson, der r Mehrbackenfutter oder Spannzangen bei Werkzeugmaschinen oder dgl., dadurch gekennzeichnet, daß eine Hoohdruokputpe 1, veispiefsweise Rollenzellenpumpe, im Innern des Ankers 2 eines wahlweise mit den Spannfutter umlaufenden oder mit dos Reitstock feststehenden Stators 6 eines aus Anker 2 und Stator 6 bestehenden Elektromotors untergebracht ist.

   2.) Spannvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennieiohnet, daß für die Reduzierung der zu fördernden Menge an Druckflüssigkeit pro Zeiteinheit gerade auf die Menge, die die voreingestellte Spannkraft auf ihren Wert hält, eine aus Verstellzylinder 1 as 1 b, 1 c, Steuerstange 17 und Steuerkegel 18 a bestehende Anordnung vorgesehen ist.

   3.). Spannvorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine elektronische Anordnung, bestehend aus Druckaufnehmer 19 und Drehzahlregler 20 vorgesehen ist.

   4) Spannvorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker 2 Mit der Hochdruckpumpe 1 durch ein Ritzel 4 kraft- oder formschlüssig verbunden ist.

   5.). Spannvorrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein relativ zur Maschine stillstehendes Haltestück 8 vorgesehen ist.

   6.) Spannvorrichtung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß Schleifringe 1o und Schleifkontakte 11 derart vorgesehen sind, daB der Strom mittels Polwendeschalter umschaltbar ist.

   70) Spannvorrichtung nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein sich mit dem Stator mitbewegter Druckflüssigkeitsbehälter vorgesehen ist.

   8,) Spannvorrichtung nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kolben 24 in einem Zylinder 13 bewegbar angeordnet ist.

   9. ) Spannvorrichtung nach Anspruch 1 bis 8, daduroh gekennzeichnet, daß eine Volumenausgleichsvorriohtung 15 vorgesehen ist.

   lo.) Spannvorrichtung nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine Druokeinstellvorrichtung 18, 21 vorgesehen ist.

   11.) Spannvorrichtung naoh Anspruch 1 bis lo, dadurch gekennzeichnet, daß ein Druckanzeigegerät vorgesehen ist.

   12. ) Spannvorrichtung nach Anspruch 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß eine Druckflüssigkeitsmengenanzeige 23 vorgesehen ist.

   13.)'Spannvorrichtung nach Anspruch 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das gesamte hydraulische Drucksysten flir Zug r oder Druck 1 über den Zylinderabschnitt 13 a, die Öffnung 26, die Hochdruckpumpe 1, die Öffnung 27 und den Zylinderabsohnitt 13 b eine in sich abgeichlos sene hydraulische Einheit bildet.

   14.) Spannvorrichtung nach Anspruch 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß Kühlrippen 28 an den Stator 6 anbringbar sind.

   15.) Spannvorrichtung nach Anspruch 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß für Jeden Zyulinderabschnitt 13a und 13 b eine eigene Einlaß- und Überdruckventilancrdnung 16 a, 16 a l, 16 b, 16 b 1 vorgesehen ist.

   16.)'Spannvorrichtung nach Anspruch 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß eine Begrenzungsscheibe 18 d vorgesehen ist 17.)'Spnnvorrichtung nach Anspruch 1 bis 16, dadurch gekennzeicnet, daß eine mechanische Arretierung 29, 30 31 vorgesehen ist.

   18.)'Spannvorrichtung nach Anspruch 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß ein eigenes Hydrauliksystem 32, 33, 34 für die Entblockierung bei Normalbetrieb vorgesehen ist.

   19.) Hydraulische Innen- und Außengreif- oder spannvorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Hochdruckpumpe 1 mit ihren Steuereinrichtungen 16, 17, 18, 19, 20 usw. außerhalb des Ankers 3 angeordnet ist, während der Anker 3 eine durchgehende Bohrung 36 zum Hohlspannen von Werkstükken aufweist.