DE2334940C3 - Spannzylinder - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft einen an das Hinterende einer Drehmaschine ansetzbaren Spannzylinder für Spannzeuge an Werkzeugmaschinen mit umlaufender Spindel mit einem am Zylindergehäuse zentrisch angeordneten Ansatzstück zur Aufnahme eines Überleitungsgchäu.scs für das Druckmittel und einem in der Längsachse verschiebbaren Ventilschieber, mit dem eine, zum Anschluß einer Druckmittelquelle dienende, am Überleitungsgehäuse angeordnete Anschlußstelle wahlweise mit je einem von zwei Zuführungskanälen des Spann-Zylinders verbindbar ist. Im Einklang mit der in der Technik gebrauchten Fachsprache wird mit Hohlspannzylinder ein solcher mit Durchlaß für Stangenmaterial und mit Vollspannzylinder ein solcher ohne Durchlaß bezeichnet.

Bei einem bekannten Spannzylinder dieser An (US-PS 28 09 612) ist an den umlaufenden Spannzylinder eine Ventilvorrichtung fest angebracht, die ein Ventilgehäuse und in diesem entlang der Mittelachse einen durch äußere Mittel verschiebbaren Ventilsehicber hai. Das Endstück des Ventilgehäuses ist in einem stationären Lager gelagert, an dem ein Anschluß für eine Druckluftquelle angebracht ist. Damit ist hier nur eine verhältnismäßig kleinflächige Dichtstelle zwischen dem stationären Lager und dem Ventilgehäuse vorhanden. Für einen Spannzylinder mit Durchlaß ist jedoch diese Bauart nicht geeignet. Außerdem ergibt sich ein verhältnismäßig schweres, umlaufendes Ventilgehäuse mit einer Vielzahl von Kanälen. Abgesehen von dem fehlenden Durchlaß ist diese Konstruktion verhältnismäßig umständlich und teuer, und es ist, wie erwähnt, die umlaufende Masse sehr groß. Wegen der kleinflächigen Dichtstelle ist jedoch diese Bauart für höhere Drehzahlen geeignet.

Gemäß weiterem Stand der Technik ist zwar ein h\- draulisch betätigter Spannzylinder mit Durchlaß bekannt. Am Zylindergehäuse ist dabei eine zum Spannzylinder koaxiale, mit einem Durchlaß versehene Hülse fest angebracht, in der Zuführkanäle für die Zufuhr von Druckflüssigkeit zu den beiden Kammern angeordnet sind. D:e Hülse mit den Einmündungen in die Kanäle ist von einem stationären Lager umgeben, in dem die Hülse gelagert ist. Ferner sind an dem Lagerkörper /wci Anschlußstücke angebracht, die abwechselnd zum Betätigen des Kolbens an eine Druckflüssigkeitsquelle und einen Flüssigkeitsablauf über eine Steuerveniilvorrichtung angeschlossen werden können. Bei dieser Konstruktion ergeben sich, insbesondere im Hinblick auf den Durchlaß zwischen der umlaufenden Hülse und dem stationären Lager, verhältnismäßig großflächige Dichtstellen, an denen eine hohe Reibung wegen der engen Passung und damit eine entsprechende Erwärmung auftritt. Dieser Konstruktion sind allein schon wegen des Einbaus von Rollenlagern mit relativ großem Durchmesser im Lagergehäuse hinsichtlich höherer Spindeldrehzahlen, wie sie bei modernen Drehautomaten gefordert werden, Grenzen gesetzt. Außerdem erhitzt sich das durch die erwähnte Dichtspalte strömende Drucköl bei großen Drehzahlen beträchtlich, was zu einem erheblichen Drehmomentverlust führt. Dies alles führt dazu, daß diese Konstruktion für hohe Drehzahlen nicht geeignet ist (US-PS 28 35 227).

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Spannzylinder einfacher Bauart zu schaffen, der einen Durchlaß für den Werkstoff aufweist und dabei an den Dichtstellen trotz der größeren Durchmesser ein Minimum an Erwärmung erzeugt und daher für besonders hohe Drehzahlen geeignet ist. Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung bei dem eingangs erwähnten Spannzylinder dadurch gelöst, daß das die Zuführungskanäle aufweisende Ansatzstück hohlzylindrisch ausgebildet ist, auf dem der zugleich als Überleitungsgehäuse dienende Ventilschieber angeordnet ist, der eine dem Ansatzstück zu offene Ringkammer aufweist, mit der die am Ventilschieber vorgesehene Anschlußstelle kommuniziert und die seitlich durch zwei Ringflansche begrenzt ist, die jeweils mit dem Ansatzstück einen Dichtspalt bilden.

Hier sind nur zwei kleinflächige Dichtstellen vorhanden, die im Hinblick auf ihre Anordnung einen gewissen Leckfluß nach außen zulassen können, wodurch an

diesen Dichtstellen eine Kühlung durch die Hydraulikflüssigkeit eintritt. Außerdem ist die Bauart von extremer Einfachheit mit einem Minimum von Kanälen geri^er Ausdehnung.

Eine besonders günstige Konstruktion ergibt sich. wenn der Schieber mittels die Dichtspalte bildenden Lagerbohrungen lediglich hydrostatisch gelagert im. Hierdurch wird eine sich selbstzentrierende hydrostatische Lagerung erreicht, so daß eine unmittelbare Berührung der beiden sich relativ zueinander diehendvn Teile ganz vermieden wird.

Die zentrierende Wirkung wird noch dadurch verbessert, daß die Lagerbohrut.gen konisch sind.

Für die Zuleitung des Drucköls in die beiden Zyliriderkammern des Spannzylinders wird man vorteilhaft je Zylinderkammer mehrere Zuführkanäle vorsehen, um das Füllen und Entleeren der Zylinderkammern so schnell wie möglich bewerkstelligen zu können. Was hierbei die Verbindung der auf der vom Ansatzstück abgekehrten Seite des Hohlkolben liegenden Zylinderkammer mit den ihr im Ansatzstück zugeordneten Zuführkanälen betrifft, so ergibt sich hierbei eine vorteilhafte Konstruktion, wenn diese Zuführkanüle mit dieser Zylinderkammer durch einzelne im Spannzylinder achsparallel angeordnete, den Hohlkolben durchdringende Rohre verbunden sind. Damit erfolgt die Verbindung zu dieser Zylinderkammer ohne Umwege bei kleinen Strömungsverlusten, und die erwähnten Rohre bilden zugleich eine Verdrehsicherung des Hohlkolbens innerhalb des Spannzylinders. Schließlich ist es günstig, wenn in weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung die zusammen mit dem Umfang des Ansatzstückes des Spannzylinders die ringförmigen Dichtspalte definierenden Lagerbohrungen des Schiebers in an sich bekannter Weise sich in Strömungsrichtung des Druckmediums konisch verjüngen.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt und im folgenden beschrieben. Es

F i g. 1 einen Längsschnitt durch eine mit einem Spannzylinder ausgestattete, in einem Spindelkasten einer Drehmaschine angeordnete Arbeitsspindel.

F i g. 2 eine Einzelheit aus F i g. I in größerem Maßstab als diese mit dem Ventilschieber in einer anderen Stellung,

F i g. 3 ein Druckdiagramm zur Veranschaulichtung des Druckverlauls bei verschieden gestalteten Lagerbohrungen des Ventilschiebers.

In F i g. 1 ist mit 10 ein Spindelkasten eines Drehautornaten bezeichnet, in dem eine Arbeitsspindel 12 drehbar gelagert ist, in deren Spindelkopf 14 eine Spannzange 16 eingesetzt ist, die in bekannter Weise durch Axialverschieben spann- bzw. offenbar ist. Der Spannzange ist eine Druckfeder 18 zugeordnet, durch die die Spannzange in Ofienstellung gehalten ist. Zu ihrer Betätigung wirkt eine die Spannzange aufnehmende Druckhülse 20 mit einem in der Arbeitsspindel axial verschiebbar geführten Spannrohr 22 zusammen. das seinerseits durch den Hohlkolben 24 eines als Ganzes mit 26 bezeichneten Spannzylinders betäligbar ist. der an das Hinterende der Arbeitsspindel koaxial /u dieser angeflanscht ist. Der Spannzylinder befindet sich innerhalb eines mittels einer Montageplatte 28 an die hintere Stirnwand des Spindelkastens 10 angebrachten Aufnahmegehäuses 30, das einen Leckölanschluß 32 aufweist. Zur Steuerung des Hohlkolbens 24 weist der Spannzylinder auf seiner von der Arbeitsspindel abgel/phripn Stirnseite ein hohlzylindrisches Ansatzstück 34 auf. in dem zu den beiden Zylinderkammern 36 und 38 führende Zuführkanäle 44, 46 angeordnet sind. Jeder Zylinderkammer sind hierbei im Winkelabstand voneinander mehrere solcher Zuführkanäle zugeordnet, die aus dem Ansatzstück an dessen Umfang bei 40 bzw. 42 austreten. Während hierbei die die Mündungsöfinung 40 aufweisenden Zuführkanäle 44 unmittelbar in die Zylinderkammer 36 münden, münden die die Mündungsöffnung 42 aufweisenden Zuführkanäle 46 in innerhalb des Zylinders zu diesem achs^arallel angeordnete und den Hohlkolben 24 durchdringende Rohrstükke 48 ein, die eine direkte Verbindung der Zuführkanäle 46 mit der Zylinderkammer 38 herstellen und gleichzeitig eine Verdrehsicherung für den Hohlkolben 24 bilden. Zur Steuerung des Hydrauliköles in die eine oder andere Zylinderkammer 36 bzw. 38 dient ein Anschiußglied, das in Form eines unverdrehbar. jedoch axial verschiebbar auf dem zylindrischen Ansatzstück angeordneten Ventilschiebers 50 ausgebildet ist. Dieser Ventilschieber definiert zusammen mit dem Außenumfang des zylindrischen Ansatzstückes 34 eine von zwei ringförmigen Diehtspalten 52, 54 begrenzte, mit einer Druckquelle in Verbindung stehende Ringkammer 56. Die axiale Länge derselben ist kleiner als der Abstand der beiden Umfangslinien, auf denen die Mündungsöffnungen 40 bzw. 42 der zu den beiden Zylinderkammern führenden Zuführkanäle 44 bzw. 46 liegen. Die Ringkammer ist mittels eines am Ventilschieber 50 angeschlossenen Anschlußnippels 60 mit einem Schlauch 62 verbunden, der seinerseits über einen im Aufnahmegehäuse 30 gehaltenen Anschlußnippel 64 mit einer von einer Hydraulikpumpe 65 kommenden Leitung 68 verbunden ist. Ein Druckregelventil 66 dient zur Einstellung der gewünschten Spannkraft. Am Ventilschieber 50 ist ein Mitnehmerarm 70 befestigt, an dem eine Kolbenstange 72 eines Betätigungskolbens 76 angreift, dessen zugehöriger Zylinder 74 in die Montageplatte 28 eingearbeitet ist. Die Zylinderkammern 78 und 80 dieses Zylinders 74 sind über entsprechende Verbindungsleitungen 82. 84 mit einem Vorsteuerventil 86 verbunden.

Aus F i g. 1 und 2 sind die beiden Endstellungen des VentilschieDcrs 50 ersichtlich, die den Endstellungen des Kolbens 76 entsprechen. Die Schieberstellungen werden mittels zweier im Aufnahmegehäuse 30 in entsprechendem Abstand voneinander angeordneter Endschalter 88, 90 überwacht, wozu der Mitnehmerarm 70 an seinem freien Endstück ein entsprechendes, mit den Endschaltern 88 und 90 zusammenwirkendes Kurvenstück 92 hat.

Die Wirkungsweise des Spannzylinders ist folgende: In jeder der beiden in F i g. 1 und 2 gezeigten Stellungen des Ventilschiebers 50 befinden sich entweder die Mündungsöffnungen 40 oder 42 der Zuführkanäle 44. 46 innerhalb der Ringkammer 56, so daß das ständig über die Verbindungsleitung 68 und den Schlauch 62 der Ringkammer 56 zugeführte Drucköl in die eine oder andere Zylinderkammer 36 bzw. 38 einströmen kann, während das bei der Verstellung des Kolbens aus der entsprechenden Zylinderkammer verdrängte Crucköl unmittelbar in das Aufnahmegehäuse abströmen kann. Wie oben bereits erwähnt, ist der Schieber mit zwei zusammen mit dem Außenumfang des Ansatzstückes 34 Dichtspalte 52, 54 definierenden Lagerbohrungen 93. 94 auf dem Ansatzstück verschiebbar angeordnet. Diese Lagerbohrungen sind gemäß F i g. 2 in an sich bekannter Weise in Strömungsrichtung des Drucköles konisch verjüngt ausgebildet. Diese Ausbil-

dung der Lagerbohrungen bewirkt, da die Ringkammer 56 ständig mit der Druckquelle verbunden ist, daß aus den ringförmigen Dichtspalten ständig ein Leckstrom ausströmt und sich dabei die Lagerbohrungen des Schiebers selbsttätig exakt auf dem zylindrischen Absatzstück zentrieren, d. h. der Dichtspaltqucrschniu bleibt über den gesamten Spaltumfang gleich groß. Eine metallische Berührung der spaltbildcnden Teile kann damit nicht erfolgen, und die damit erzielte, ausschließlich hydrostatische Lagerung des Schiebers bc wirkt, daß dessen Axialverstellung mit kleinstem Kraftaufwand bewerkstelligt werden kann. Aus diesem Grunde kann das aus dem Zylinder 74 und dem Bctäiigungskolben 76 gebildete Zylinderaggregat auch relativ kjein sein, so daß das Vorsteuerventil 86 entsprechend klein ist.

Fig.3 zeigt den Druckverlauf bei verschieden ausgebildeten Lagerbohrungen des Schiebers 50. Aus dieser Darstellung geht hervor, daß die gewählte konische Ausbildung der Lagerbohrungen in Strömungsrichtung des Drucköles optimale Lagerungsverhältnisse schafft. Die Zentrierwirkung beruht bekanntlich auf der Tatsache, daß der Druckgradient einer laminaren Spaltströmung mit der dritten Potenz der Spalthöhe abnimmt. Das Druckdiagramm der F i g. 3 zeigt den Druckvcrlauf entlang eines Ringspallcs bei parallelem Spalt (n). bei konischem Spalt (b) und bei konischem Spalt, der gerade an der engsten Stelle berührt (c). Die l.agerbohrungen 93, 94 des Schiebers sind nun so ausgebildet, daß sie den Druckverhältnissen unter b entsprechen, d. h. es bildet sich über die gesamte Länge der Lagerbohrungen ein bestimmter Flüssigkcilsdruckvcrkuif aus, der die gewünschte Schieberzentricrung herbeiführt.

- i° Die Anordnung des Vcniilschicbcrs auf dem zylindrischen Ansatzstück und die spezielle Art seiner Lagerung erlauben es. die Leckölmcnge und den Öldruck optimal zu wählen, wobei lediglich geringe Wärme /wischen den beiden relativ zueinander bewegten Teilen '5 34, 50 entsteht. Da der Ventilschicber ausschließlich vom Zylindergehäuse selbst aufgenommen wird, ist e> auch möglich, denselben in den Abmessungen klcinei zu halten, was wieder einen geringeren Leistungsbcdar zur Massenbeschleunigung des Spannzylinders er *° bringt. Da außerdem mit hohen Drücken gefahren wer den kann, die verringerte Zylinderquerschnittc ermög liehen, ergeben sich auch verringerle Füllmcngcn. \va: sich.wiederum durch Verkürzen der Schallzciten vor teilhaft auswerten läßt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

1. Patentansprüche:

   i. Am Spindelende ansetzbarer, druckmittelbetätigter Spannzylinder für Spannzeuge an Werkzeugmaschinen mit umlaufender Spindel mit einem am Zylindergehäuse zentrisch angeordneten Ansatzstück zur Aufnahme eines Überleitungsgehäuses für das Druckmittel und einem in der Längsachse verschiebbaren Ventilschieber, mit dem eine, zum An-Schluß einer Druckmittelquelle dienende, am Übcrleitungsgehäuse angeordnete Anschlußstelle wahlweise mit je einem von zwei Zuführungskanälen des Spannzylinders verbindbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß das die Zuführungskanäle (44; 46) aufweisende Ansatzstück (34) hohlzylindrisch ausgebildet ist, auf dem der zugleich als Oberleitungsgehäuse dienende Ventilschieber (50) angeordnet ist, der eine dem Ansatzstück (34) zu offene Ringkammer (56) aufweist, mit der die am Ventilschieber (50) vorgesehene Anschlußstelle (60) kommuniziert und die seitlich durch zwei Ring'lansche begrenzt ist, die jeweils mit dem Ansatzstück (34) einen Dichtspalt (52,54) bilden.
2. 2. Spannzylinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schieber (50) mittels die Dichtspalte (52, 54) bildenden Lagerbohrungen (93, 94) lediglich hydrostatisch gelagert ist.
3. 3. Spannzylinder nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerbohrungen (93, 94) konisch sind.
4. 4. Spannzylinder nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerbohrungen (93, 94) in Strömungsrichtung des Druckmediums konisch verjüngt ausgebildet sind.
5. 5. Spannzylinder nach einem der Ansprüche 2 bis

   4, dadurch gekennzeichnet, daß die axiale Länge der Lagerbohrungen (93, 94) im wesentlichen die gleiche ist.
6. 6. Spannzylinder nach einem der Ansprüche 3 bis

   5, dadurch gekennzeichnet, daß die Konizität der Lagerbohrungen (93, 94) im wesentlichen die gleiche ist.
7. 7. Spannzylinder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die auf der vom Ansatzstück (34) abgekehrten Seite des Hohlkolbens (24) liegende Zylinderkammer (38) mit den ihr zugeordneten Zuführkanälen (46) des Ansatzstückes (34) durch einzelne, im Spannzylinder (26) achsparallel angeordnete, den Hohlkolben durchdringende Rohre (48) verbunden ist.