DE19752084A1 - Spanneinrichtung - Google Patents
SpanneinrichtungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Spanneinrichtung an
Werkzeugmaschinen mit einem axial unverschiebbaren, mit
einer Arbeitsspindel umlaufenden Spannzylinder und
einem darin mitumlaufend angeordneten, axial
verschiebbaren Spannkolben, der mit einer Kolbenwelle
verbunden ist, die eine Spannstange beaufschlägt, die
an dem Futterkolben des Spannfutters angreift.
Bei derartigen, aus der Praxis bekannten
Spanneinrichtungen ist es bekannt, mit einer zwei
Endschalter aufweisenden Kontrolleinrichtung die
Axialverschiebung des Spannkolbens zu überwachen, um
eine ungewollte Verschiebung des Spannkolbens erfassen
zu können. Da damit jedoch lediglich die Axialstellung
des Spannkolbens erfaßt wird und diese nicht eindeutig
mit einer auf die Spannstange ausgeübten Kraft
korreliert ist, ist es weiterhin aus dem Stand der
Technik bekannt und beispielsweise in der DE 195 39 135 C1
beschrieben, jeder der beiden im Spannzylinder
angeordneten Druckkammern einen eigenen Drucksensor
zuzuordnen und das Differenzdruck-Signal aus den beiden
Druckmessungen der beiden Druckkammern auszuwerten, da
nur die Differenz beider Drücke real als Kraft auf die
Kolbenstange wirbt. Problematisch ist dabei, daß der
interessierende Meßwert nur durch eine
Differenzenbildung erhalten wird, da nach der Gaußschen
Fehlerfortpflanzung sich der Meßfehler der abgeleiteten
Meßgröße sich aus der Wurzel der Summe der Quadrate der
absoluten Meßfehler der Einzelgrößen ergibt und dieser
so bestimmte, vergrößerte Meßfehler in Relation zu der
abgeleiteten, durch Differenz gebildeten Meßgröße zu
setzen ist. Dieser Aufbau führt daher prinzipiell zu
einer relativ großen Meßungenauigkeit, die den Wert des
so erreichten Meßwertes einschränkt.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine
Spanneinrichtung der eingangs genannten Art so
auszubilden, daß die real auf den Futterkolben des
Spannfutters einwirkende, infolge der Axialverschiebung
des Spannkolbens im Spannzylinder erzeugte Kraft
möglichst exakt bestimmt werden kann.
Diese Aufgabe wird nach der Erfindung bei einer
Spanneinrichtung der eingangs genannten Art dadurch
gelöst, daß in der Kraftübertragungskette von
Kolbenwelle, Spannspange und Futterkolben ein
Kraftsensor angeordnet ist.
Die Erfindung bietet den Vorteil, daß der für die
Beurteilung der Sicherheit der Spanneinrichtung
relevante Wert, nämlich die Kraft, mit der letztendlich
die Backen des Spannfutters verstellt werden,
unmittelbar gemessen werden kann und nicht aus anderen
Meßgrößen abgeleitet werden muß. Die Messung erfolgt
unmittelbar am Ort der Kraftübertragung und nicht am
Ort der Krafterzeugung, so daß die Lagerung des
Spannkolbens mit der Kolbenwelle nicht das Meßergebnis
verfälscht.
Im Rahmen der Erfindung ist vorgesehen, daß der
Kraftsensor der Verbindungsstelle von Kolbenwelle und
Spannstange zugeordnet ist. Die Wahl der
Verbindungsstelle von Kolbenwelle und Spannstange als
Ort für den Kraftsensor vermeidet, daß die bestehenden
Bauteile selber modifiziert bzw. geteilt werden müssen,
um den Kraftsensor aufzunehmen, wobei mit dieser
Ortswahl auch in einfacher Weise die Nachrüstung
bestehender Spanneinrichtungen möglich ist.
Dabei ist es bevorzugt, daß an dem der Kolbenwelle
zugewandten Ende der Spannstange ein Zwischenstück
angeordnet ist, zwischen dessen freiem Ende und der
Kolbenwelle der Kraftsensor sitzt. Das Zwischenstück
bietet die Möglichkeit, daß die aus Zwischenstück und
Kolbenwelle mit dazwischen plaziertem Kraftsensor
gebildete Einheit in der gleichen Weise wie zuvor die
Kolbenwelle an der Spannstange befestigt werden kann,
wobei weiterhin infolge der vorliegenden Einheit von
Kolbenwelle und Zwischenstück keine vom Betreiber der
Spanneinrichtung durchzuführende Kalibrierung des
Kraftsensors erfolgen muß, wie dies notwendig wäre,
wenn die Kolbenwelle unmittelbar an der Spannstange
angreiften würde.
Zweckmäßigerweise ist der Kraftsensor über eine
Signalleitung mit einem sich mitdrehenden Sender
verbunden, dem ein ortsfester Empfänger zugeordnet ist,
um die Information über die Spannkraft aus dem sich
drehenden Teil der Spanneinrichtung in den stationären,
die Auswerteeinheit und Kontrolleinrichtung umfassenden
Teil der Spanneinrichtung übertragen zu können.
Im Rahmen der Erfindung ist weiterhin vorgesehen, daß
die Signalleitung in den Wellenkanälen der mit der
Kolbenwelle verbundenen Verteilerwelle geführt und der
Empfänger im Verteilergehäuse gegenüberliegend zum
Sender angeordnet ist. Die Führung der Signalleitung in
den Wellenkanälen bietet den Vorteil, daß keine
zusätzliche, die Fertigung verteuernde Bearbeitung der
Verteilerwelle notwendig ist und keine zusätzlichen
Bohrungen oder Nute die Verteilerwelle schwächen.
Nach einer weiteren, bevorzugten Ausführungsform ist
vorgesehen, daß der Kraftsensor zwischen der
Spannstange und dem Futterkolben angeordnet ist. Bei
dieser Wahl des Ortes der Kraftmessung ist der
Kraftsensor möglichst nahe am Spannfutter plaziert, auf
das letztendlich die Kraft übertragen werden muß, um
mit dessen Backen ein Werkstück sicher zu spannen bzw.
frei zu geben.
Bei dieser Ausführungsform ist es günstig, wenn der
Sender im Spannfutter angeordnet ist, da so lange
Signalleitungen vermieden sind.
Im Rahmen der Erfindung ist vorgesehen, daß der
Kraftsensor durch einen Piezokristall oder einen
Dehnmeßstreifen oder eine Druckkammer gebildet ist.
Im folgenden soll die Erfindung an in der Zeichnung
dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert
werden; es zeigen:
Fig. 1 einen Axialschnitt durch Verteilergehäuse
und Spannzylinder der Spanneinrichtung mit
zwischen Kolbenwelle und Spannstange
angeordnetem Kraftsensor und im
Verteilergehäuse angeordneten Sender und
Empfänger,
Fig. 2 eine der Fig. 1 entsprechende Darstellung
mit dem Spannzylinder zugeordnetem Sender und
Empfänger,
Fig. 3 ein Axialschnitt durch das Spannfutter der
Spanneinrichtung, und
Fig. 4 eine der Fig. 3 entsprechende Darstellung
mit zwischen Spannstange und Futterkolben
angeordnetem Kraftsensor.
Die zur Verwendung an einer Werkzeugmaschine
vorgesehene Spanneinrichtung weist einen aus
Zylindergehäuse 1 und Spannkolben 2 gebildeten
Spannzylinder 3 auf, der zusammen mit der
Arbeitsspindel 4 der Werkzeugmaschine umläuft. Der
Spannkolben 2 ist einstückig mit einer Kolbenwelle 5
verbunden, die an ihrer in der Zeichnung rechts
dargestellten Seite mit einer Spannstange 6 gekoppelt
ist. Die Spanneinrichtung umfaßt weiterhin einen aus
Verteilergehäuse 7 und Verteilerwelle 8 gebildeten
Verteiler, wobei das Verteilergehäuse 7 die Anschlüsse
für das Arbeitsmedium trägt. Die Verteilerwelle 8 ist
einstückig mit der Kolbenwelle 5 ausgebildet, so daß
sie an der axialen Verschiebung des Spannkolbens 2 und
dessen Drehbewegung teilnimmt. Das Verteilergehäuse 7
ist auf der Verteilerwelle 8 mittels Drehlager so
gelagert, daß die Verteilerwelle 8 darin umlaufen kann,
das Verteilergehäuse 7 selber sich aber nicht dreht. An
der axialen Verschiebung von Verteilerwelle 7 und
Spannkolben 2 nimmt das Verteilergehäuse 7 teil. Im
Ergebnis wird eine Verstellung des Spannkolbens 2 in
axialer Richtung unverändert über die Verteilerwelle 8
auf das Verteilergehäuse 7 übertragen, daß somit die
selben Axialbewegungen wie der Spannkolben 2 ausführt.
Zur Wegkontrolle der Axialverschiebungen des
Spannkolbens 2 ist eine Kontrolleinrichtung vorgesehen,
die bei dem in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispiel zwei Endschalter 9 aufweist, die in
einem Ausleger 10 gehalten sind, der an dem
Verteilergehäuse 7 angeschlossen ist. Jeder der
Endschalter 9 ist in einer der axialen Endpositionen
des Spannkolbens 2 durch eine Schaltfläche 11
betätigbar, die an einem Ringbund 12 des ortsfesten
Spannzylinders 3 ausgebildet ist.
Die auf der Innenseite des Verteilergehäuses 7
umlaufenden Ringnuten 13 dienen zur Zu- und Abführung
des Arbeitsmediums durch die Wellenkanäle 14, um die
beiden im Spannzylinder 3 ausgebildeten, durch den
Spannkolben 2 getrennten Druckkammern 15 wahlweise mit
Druck zu beaufschlagen und so den Spannkolben 2 zu
verstellen. Durch die Verstellung des Spannkolbens 2
wird eine Zug- bzw. Druckkraft auf die Spannstange 6
übertragen. Die Größe dieser Kraft wird durch einen
Kraftsensor 16 gemessen, der in dem in der Fig. 1
dargestellten Ausführungsbeispiel an der
Verbindungsstelle von Kolbenwelle 5 und Spannstange 6
angeordnet ist, und zwar zwischen der Kolbenwelle 5 und
einem Zwischenstück 17, das in gleicher Weise wie eine
keinen Kraftsensor 16 aufweisende Kolbenwelle 5 mit der
Spannstange 6 verbunden werden kann. Der Kraftsensor 16
ist über eine Signalleitung 18 mit einem sich
mitdrehenden Sender 19 verbunden, dem ein ortsfester
Empfänger 20 zugeordnet ist, wobei grundsätzlich der
Sender 19 an beliebiger Stelle der sich mitdrehenden
Bauteile und der Empfänger 20 gegenüberliegend
angeordnet sein kann. Bei dem in der Fig. 1
dargestellen Ausführungsbeispiel sind Sender 19 und
Empfänger 20 im Verteilergehäuse 7 angeordnet, wobei
der Sender 19 durch die in dem Wellenkanal 14
verlaufende Signalleitung 18 mit dem Kraftsensor 16
verbunden ist. In dem in Fig. 2 gezeigten
Ausführungsbeispiel ist der Sender 19 dem
Spannzylinder 3, in Fig. 3 dem Spannfutter 21
zugeordnet.
Fig. 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem der
Kraftsensor 16 zwischen der Spannstange 6 und dem
Futterkolben 22 angeordnet ist, auf den über die
Spannstange 6 vermittelt die Axialverschiebung des
Spannkolbens 2 übertragen wird, um über den mit einem
Arm 23 in eine Nut 24 des Futterkolbens 22
eingreifenden Winkelhebel 25 die Backe 26 des
Spannfutters 21 in radialer Richtung zu verstellen.
Als Kraftsensor 16 ist ein Piezokristall, ein
Dehnmeßstreifen oder eine Druckkammer vorgesehen.
Claims (8)
1. Spanneinrichtung an Werkzeugmaschinen mit einem axial
unverschiebbaren, mit einer Arbeitsspindel (4)
umlaufenden Spannzylinder (3) und einem darin
mitumlaufend angeordneten, axial verschiebbaren
Spannkolben (2), der mit einer Kolbenwelle (5)
verbunden ist, die eine Spannstange (6) beaufschlägt,
die an dem Futterkolben (22) des Spannfutters (21)
angreift, dadurch gekennzeichnet, daß in der
Kraftübertragungskette von Kolbenwelle (5),
Spannstange (6) und Futterkolben (22) ein
Kraftsensor (16) angeordnet ist.
2. Spanneinrichtung nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß der Kraftsensor (16) der
Verbindungsstelle von Kolbenwelle (5) und
Spannstange (6) zugeordnet ist.
3. Spanneinrichtung nach Anspruch 2, dadurch
gekennzeichnet, daß an dem der Kolbenwelle (5)
zugewandten Ende der Spannstange (6) ein
Zwischenstück (17) angeordnet ist, zwischen dessen
freiem Ende und der Kolbenwelle (5) der
Kraftsensor (16) sitzt.
4. Spanneinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß der Kraftsensor (16) über
eine Signalleitung (18) mit einem sich mitdrehenden
Sender (19) verbunden ist, dem ein ortsfester
Empfänger (20) zugeordnet ist.
5. Spanneinrichtung nach Anspruch 4, dadurch
gekennzeichnet, daß die Signalleitung (18) in den
Wellenkanälen (14) der mit der Kolbenwelle (5)
verbundenen Verteilerwelle (8) geführt und der
Empfänger (20) im Verteilergehäuse (7)
gegenüberliegend zum Sender (19) angeordnet ist.
6. Spanneinrichtung nach Anspruch 4, dadurch
gekennzeichnet, daß der Kraftsensor (16) zwischen der
Spannstange (6) und dem Futterkolben (22) angeordnet
ist.
7. Spanneinrichtung nach Anspruch 8, dadurch
gekennzeichnet, daß der Sender (19) im
Spannfutter (21) angeordnet ist.
8. Spanneinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, daß der Kraftsensor (16) durch
einen Piezokristall oder einen Dehnmeßstreifen oder
eine Druckkammer gebildet ist.
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