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Obwohl sich derartige Spannvorrichtungen in der
Praxis
durchgesetzt haben, sind sie dennoch verbesserungsbedürftig. Die Antriebsspindel
dieser bekannten Spannvorrichtungen muß nämlich noch von Hand gedreht werden, was
zeitraubend und für den Bedienungsmann ermüdend ist.
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Um die Bedienung zu vereinfachen ist bei Spannvorrichtungen anderer
Bauart auch schon (aus der DT-AS 1 301 761) bekannt, als Antriebselement einen Druckluftzylinder
vorzuziehen, der selbst in einem an das Gehäuse eines hydraulischen Kraftverstärkers
anschließenden Zylinder angeordnet ist. Da einerseits der in Fertigungsstätten vorhandene
Betriebsdruck von Druckluftnetzen verhältnismäßig gering ist, andererseits aber
der zur Betätigung des Primärgliedes erforderliche Druck verhältnismäßig groß ist,
muß der Druckluftkolben einen entsprechend großen Durchmesser oder Hub aufweisen.
Wegen dieser großen Abmessungen kann die bekannte luftdruckbetriebene Spannvorrichtung
in vielen Fällen aus räumlichen Gründen nicht eingesetzt werden.
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Es sind auch Schraubstöcke bekannt, die unmittelbar durch Druckluft
betätigt werden. Infolge des niedrigen Druckes der üblicherweise vorhandenen Druckluftanlage
und der direkten Beaufschlagung des Luftkolbens ergeben sich große Zylinderabmessungen
und damit große Baumaße für den Schraubstock oder die Spannvorrichtung. Druckluftschraubstöcke
in der Größe der üblichen mechanischen Schraubstöcke ergeben wenig Spannkraft.
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Pneumatisch-hydraulische Schraubstöcke, bei denen sich der Spanndruckverstärker
außerhalb des Schraubstockes befindet, müssen zusätzlich eine Verbindung vom Spanndruckverstärker
zum Schraubstock durch einen Hochdruckschlauch haben. Diese Hochdruckschläuche sind
sehr empfindlich gegen Biegebeanspruchungen und andere mechanische Störeinflüsse.
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Bei einem anderen (aus der DT-PS 1 219 419) bekannten pneumatisch-hydraulischen
Schraubstock ist in der beweglichen Spannbacke ein Druckluftzylinder eingebaut,
der sich senkrecht zu einer Schraubspindel erstreckt, an welcher sich der Sekundärkolben
eines hydraulischen Kraftverstärkers abstützt. Der Primärkolben dieses hydraulischen
Kraftverstärkers ist mit einem im Druckluftzylinder angeordneten Kolben verbunden.
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Infolge dieser Unterbringung des Druckluftzylinders weist die bewegliche
Spannbacke eine verhältnismäßig große Baulänge und -höhe auf. Durch die Baulänge
verringert sich der Spannbereich des Schraubstockes, und eine große Bauhöhe ist
ebenfalls unerwünscht. Sind bei dieser Konstruktion irgendwelche Teile der Pneumatik
oder Hydraulik beschädigt oder verschlissen, so können sie nur nach Abnahme der
gesamten beweglichen Spannbacke repariert werden, und der Schraubstock ist während
dieser Zeit nicht einsatzfähig. Außerdem ist die bewegliche Spannbacke teuer in
der Herstellung, da der Druckluftzylinder direkt in das Material der Spannbacke
eingearbeitet ist und damit kein Drehteil darstellt. Die gleichen Nachteile treffen
auch für eine ähnliche Schraubstockkonstruktion zu, bei der ein Druckluftzylinder
in der beweglichen Spannbacke parallel zur Schraubspindel vorgesehen ist.
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Es sind ferner (aus den US-PS 2 335 743 und 2 443 775) pneumatisch-mechanische
Maschinenschraubstöcke bekannt. Ein Druckluft betriebener Kolben weist einen Keil
auf, der auf die längeren Hebelarme zweier symmetrisch angeordneter Winkelhebel
einwirkt. Die kürzeren Hebelarme dieser Winkelhebel wirken über Zwischenglieder
auf die bewegliche
Spannbacke ein. Auch hier handelt es sich um eine Spezialkonstruktion
eines Schraubstockes mit einem im Schraubstockinneren angeordneten oder angeflanschten
Druckluftzylinder. Dieser Druckluftzylinder hat wegen des in Druckluftnetzen vorhandenen
verhältnismäßig geringen Luftdruckes große Bauabmessungen, oder es lassen sich nur
verhältnismäßig geringe Spannkräfte erzielen, wenn man von einem Betriebsluftdruck
von 6 atü ausgeht.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine luftdruckbetriebene
Spannvorrichtung der eingangs erwähnten Art zu schaffen, die auch bei niedrigem
Betriebsdruck einen hohen Spanndruck und einen kleinen Außendurchmesser aufweist,
sowie einfach in ihrem Aufbau ist und einen möglichst kleinen Außendurchmesser besitzt,
so daß sie zusammen mit ihrer Hohlspindel eine auswechselbare Einheit bildet.
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Dies wird nach der Erfindung dadurch erreicht, daß in dem Druckluftzylinder
zwischen dem Druckluftkolben und dem Primärglied ein zweiter mechanischer oder hydraulischer
Kraftverstärker angeordnet ist.
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Dieser zweite hydraulische oder mechanische Kraftverstärker ermöglicht
es, den Druckluftkolben auch bei niedrigem Betriebsdruck verhältnismäßig klein zu
halten, so daß der Druckluftzylinder in seinem Außendurchmesser nicht oder nur unwesentlich
größer ist als das zylindrische Gehäuse des ersten Kraftverstärkers.
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Dieser geringe Außendurchmesser ermöglicht dann den Einbau der Spannvorrichtung
in Maschinenschraubstöcke, bei denen es darauf ankommt, daß diese möglichst flach
bauen. Dank des zweiten Kraftverstärkers kann die neue Spannvorrichtung an die üblichen
Druckluftnetze in Fabrikationsbetrieben angeschlossen werden. Da zu ihrer Bedienung
nur Ventile geöffnet oder geschlossen werden müssen, kann die Spannvorrichtung mühelos
bedient werden, und sie ist deshalb besonders zum Einsatz in der Serienfertigung
geeignet.
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Trotz ihres geringen Außendurchmessers kann mit der neuen Spannvorrichtung
ein erheblicher Spanndruck erzielt werden.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung weist der mechanische Kraftverstärker
in an sich bekannter Weise mindestens einen Hebel, vorzugsweise jedoch zwei symmetrisch
zur Kolbenachse angeordnete Hebel mit je zwei verschieden langen Hebelarmen auf,
deren langer Hebelarm an dem Kolben anliegt und deren kurzer Hebelarm auf das Primärglied
einwirkt, wobei die Hebel in einem mit dem zylindrischen Gehäuse oder dem Druckluftzylinder
verbundenen Widerlager schwenkbar gelagert sind. Dieser mechanische Kraftverstärker
ist äußerst einfach in seinem Aufbau und ermöglicht eine Kraftverstärkung der vom
Druckluftkolben erzeugten Kraft im Verhältnis von etwa 1:4.
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Der Außendurchmesser des Druckluftzylinders ist dabei nur unwesentlich
größer als das zylindrische Gehäuse des ersten Kraftverstärkers. Alle Hebel und
ihre Lager sind staub- und spritzwassergeschützt im vorderen Teil des Druckluftzylinders
angeordnet.
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Der zweite hydraulische Kraftverstärker kann auch, wie an sich bekannt,
aus einem Primärkolben mit einem kleinen Durchmesser und einem Sekundärkolben mit
einem großen Durchmesser bestehen, wobei der Primärkolben in den Zylinderraum des
koaxial angeordneten Sekundärkolbens eintaucht. Dieser hydraulische Kraftverstärker
ist noch einfacher in seinem Aufbau, weist jedoch gegenüber der mechanischen Variante
den Nachteil auf, daß die Hydraulikflüssigkeit nach längerer Betriebszeit nachgefüllt
werden muß.
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Vorteilhaft weisen bei der hydraulischen Ausführung der Druckluftkolben
und der Sekundärkolben des zweiten Kraftverstärkers gleiche Durchmesser auf, und
sie sind mit Abstand voneinander in einem gemeinsamen Zylinder angeordnet, wobei
in dem Zylinder zwischen beiden Kolben eine ringförmige, gegen axiale Verschiebung
gesicherte Trennwand vorgesehen ist, durch die der Primärkolben hindurchtritt. Diese
Ausführung ist besonders einfach in ihrem Aufbau und auch besonders platzsparend,
denn der Außendurchmesser des Druckluftzylinders entspricht dem des zylindrischen
Gehäuses.
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Weitere Einzelheiten der Erfindung sind in folgendem an Hand von
mehreren in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es
zeigt F i g. 1 einen Längsschnitt durch einen Maschinenschraubstock mit der neuen
Spannvorrichtung mit einem mechanischen ersten Kraftverstärker, Fig.2 einen Längsschnitt
durch die Spannvorrichtung mit einem hyxraulischen ersten Kraftverstärker, F i g.
3 einen Teillängsschnitt des ersten Ausführungsbeispieles in Ruhestellung, F i g.
4 das gleiche in Spannstellung, F i g. 5 einen Teilschnitt nach der Linie V-V der
Fig. 3, F i g. 6 einen Querschnitt nach der Linie VI-VI der Fig.3, F i g. 7 ein
zweites Ausführungsbeispiel im Teilschnitt mit einem hydraulischen ersten und zweiten
Kraftverstärker.
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In der Zeichnung ist mit 1 die gesamte Spannvorrichtung bezeichnet,
die vorzugsweise an einem Maschinenschraubstock 2 verwendet wird. Mit der Grundplatte
3 dieses Maschinenschraubstockes 2 ist die feststehende Backe 4 fest verbunden.
An der Grundplatte 3 ist ferner der die Spindelmutter 5a tragende Lagerbock 5 in
verschiedenen Positionen feststellbar. Der an der Grundplatte in Richtung A verschiebbar
gelagerte Schieber 6 trägt die bewegliche Backe 7. In der Spindelmutter 5a ist die
mit einem Außengewinde 8 versehene Hohlspindel 9 der Spannvorrichtung 1 verschraubbar.
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Die Hohlspindel 9 weist in bekannter Weise eine in ihr axial verschiebbar
gelagerte Druckstange 10 auf, die sich mit ihrem vorderen Ende an der beweglichen
Bakke 7 abstützt und den Spanndruck auf diese Backe ausübt. Auf das hintere Ende
der Druckstange 10 wirkt das Sekundärglied 11 eines an sich bekannten mechanischen
Kraftverstärkers 12. Es handelt sich hierbei um einen Kniehebelkraftverstärker,
wie er in ähnlicher Ausführung durch die DT-PS 1 289 799 bekannt ist.
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An Stelle dieses Kniehebelkraftverstärkers 12 kann jedoch auch jeder
andere mechanische Kraftverstärker oder ein hydraulischer Kraftverstärker 12', wie
es in F i g. 2 dargestellt ist, Verwendung finden. Der Kraftverstärker 12 ist in
einem zylindrischen Gehäuse 13 angeordnet. Sein Primärglied ist mit dem Bezugszeichen
14 versehen.
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Anschließend an das Kraftverstärkergehäuse 13 ist ein Druckluftzylinder
15 vorgesehen, in welchem der Druckluftkolben 16 angeordnet ist. Zwischen dem Druckluftkolben
16 und dem Primärglied 14 ist ein zweiter mechanischer Kraftverstärker 17 vorgesehen.
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Bei dem in den F i g. 1 bis 6 dargestellten Ausführungsbeispiel besteht
dieser mechanische Kraftverstärker 17 aus zwei symmetrisch zur Kolbenachse angeordneten
Winkelhebel 18 mit zwei verschieden langen Hebelarmen 18a und 18b. Die Winkelhebel
sind um die Achsen
19 schwenkbar, die ihrerseits in einem mit dem zylindrischen Gehäuse
13 verschraubten Widerlager 20 angeordnet sind. Zur Verminderung der Reibung sind
an den Enden der Hebelarme 18a und 18b wälzgelagerte Rollen 21a und 21b vorgesehen.
Die beiden Hebelarme 18a und 18b sind in bezug auf die Schwenkachse 19 annähernd
rechtwinklig zueinander angeordnet. Die am Ende des langen Hebelarmes 18a vorgesehene
Rolle 21a liegt an einer schräg zur Kolbenachse verlaufenden Keilfläche 22 an, während
sich die Rolle 21b des kurzen Hebelarmes 18b auf einer Druckplatte 23 abstützt.
Letztere liegt ihrerseits lose auf dem balligen Ende eines Druckbolzens 24 auf.
Sie kann deshalb gegenüber der Achse des Druckbolzens geringfügig verschwenken,
wodurch Herstellungstoleranzen bei den beiden Winkelhebeln ausgeglichen und auf
beide Winkelhebel gleiche Kräfte ausgeübt werden.
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Bei den in F i g. 1 bis 6 dargestellten Ausführungsbeispielen divergieren
die Keilflächen 22 zum Kolben 16 hin.
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Die von den Rollen 21a auf die Keilflächen 22 ausgeübten Drücke sind
zur Kolbenachse hin gerichtet und heben sich damit auf. Der Keil 25 ist damit keinen
Biegekräften unterworfen. Die Keilflächen 22 sind vorteilhaft leicht gekrümmt, wobei
ihre Neigung gegenüber der Kolbenachse zum Kolben 16 hin abnimmt. Hierdurch wird
der Spanndruck zusätzlich verstärkt, wenn der Kolben 16 seine vorderste Stellung
einnimmt.
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Je nach der Art des Werkstückes und der Art der Bearbeitung ist ein
verschieden großer Spanndruck erforderlich. Der Spanndruck hängt ab von der jeweiligen
Stellung des Druckluftkolbens 16. Zur Einstellung des Spanndruckes ist deshalb an
dem freien Ende 26a einer aus dem Druckluftzylinder 15 herausragenden Kolbenstange
26 des Druckluftkolbens 16 eine die Kolbenstange umgebende Anschlaghülse 27 vorgesehen.
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Diese ist gegenüber der Kolbenstange 26 axial verschraubbar. Um eine
möglichst geringe axiale Baulänge zu erreichen, ist vorteilhaft zu diesem Zweck
das freie Ende der Anschlaghülse 27 mit einer im Inneren der Kolbenstange 26 verschraubbaren
Spindel 28 drehfest verbunden. Wird der Kolben 16 mit Druckluft beaufschlagt, so
legt sich das vordere Ende 27a der Hülse 27 an Spannstellung gegen einen den Druckluftzylinder
15 abschließenden Deckel 29 an. In F i g. 4 ist die vorderste Stellung des Druckluftkolbens
16, als die Stellung die der größten Spannkraft entspricht dargestellt. Wird die
Hülse 27 in Richtung auf den Kolben 16 verschraubt, wie es in F i g. 3 dargestellt
ist, so kommt bei Druckluftbeaufschlagung ihr vorderes Ende 27a früher an dem Deckel
29 zur Anlage, und damit wird der Spanndruck auf einen geringeren Wert begrenzt.
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Zur Einstellung des Spanndruckes weist die Anschlaghülse 27 an ihrem
Außenumfang mehrere in Achsrichtung im Abstand voneinander angeordnete Markierungsringe
30 auf. Es ist ferner eine die Anschlaghülse umgebende Anzeigehülse 31 vorgesehen,
die fest mit dem Deckel 29 verbunden ist.
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Aus dieser Anzeigehülse ragt das freie Ende der Anschlaghülse 27
in Ruhestellung der Spannvorrichtung, wie sie in F i g. 3 dargestellt ist, je nach
axialer Einstellung mehr oder weniger heraus. An Hand der Anzahl der in Ruhestellung
aus der Anzeigehülse 31 herausragenden Markierungsringen kann der eingestellte Spanndruck
abgelesen werden. Die Anzeigehülse dient ferner zur Kontrolle, ob die Spannvorrichtung
gespannt oder entspannt ist. In Spannstellung taucht nämlich, wie es in F i g. 4
dargestellt ist, die Anschlaghülse
27 immer in ihrer vollen Länge
in die Anzeigehülse 31 ein, gleichgültig, welcher Spanndruck eingestellt ist.
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Vorteilhaft ist ferner an dem freien Ende des Druckluftzylinders
15 oder einem ihn abschließenden Deckel 29 ein Bund 32 vorgesehen, der zum Ansetzen
eines ihn umgebenden Mitnahmeringes 33 dient. An dem Mitnahmering ist ein schwenkbar
gelagerter Handgriff 34 vorgesehen, der an seinem Lagerende einen mit dem Bund 32
zusammenwirkenden Exzenter 35 trägt. Die Funktion dieses Mitnahmeringes ist in der
folgenden Erläuterung der Wirkungsweise der neuen Spannvorrichtung beschrieben.
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Zum Spannen eines Werkstückes wird durch Drehung der Hohlspindel
9 der Schieber 6 zunächst grob auf die Abmessungen des Werkstückes eingestellt.
Diese Einstellung kann durch Drehung des Druckluftzylinders vorgenommen werden,
indem man direkt am Druckluftzylinder 15 anfaßt oder an dem Handgriff 34 dreht.
Es kann jedoch hierbei vorkommen, daß aus räumlichen Gründen eine Drehung des Handgriffes
34 nicht möglich ist, weil dieser beispielsweise am Maschinentisch Tanschlägt. In
diesem Fall wird der Handgriff in Richtung B in die in F i g. 2 dargestellte Lage
geschwenkt.
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Hierdurch löst sich der Exzenter 35 von dem Bund 32, und der Mitnahmering
33 kann von dem Bund abgezogen werden. Ist die Grobeinstellung des Schiebers 6 vorgenommen,
so befindet sich die bewegliche Spannbacke 7 in einem Abstand von etwa 2 bis 3 mm
von dem Werkstück. Nunmehr wird der Mitnahmering 33 wieder auf den Bund 32 aufgesetzt
und der Handgriff 34 in seine Spannstellung zurückgeschwenkt. Der Exzenter 35 legt
sich an den Bund 32 an und klemmt damit den Mitnahmering 33 auf dem Bund fest. Wird
nunmehr der Mitnahmering mittels des Handgriffes 34 um 1800 um die Hauptachse der
gesamten Spannvorrichtung gedreht, so verschraubt sich die Hohlspindel 9 in der
Spindelmutter 5a, und die bewegliche Spannbacke 7 legt sich an das Werkstück mit
einem verhältnismäßig geringen Druck an. Das Schwenken des Handgriffes 34 erfordert
keinen nennenswerten Kraftaufwand. Nunmehr wird ein nicht dargestelltes Ventil geöffnet
und durch die Öffnung 36 Druckluft in den Druckluftzylinder 15 eingelassen. Diese
Druckluft steht unter dem in betrieblichen Druckluftleitungen üblichen Druck von
etwa 6 atü. Durch die Druckluft wird der Kolben 16 nach vorne gedrückt, bis seine
Bewegung durch die Anschlaghülse 27 begrenzt ist. Die Winkelhebel 18 werden durch
die Keilflächen 22 nach außen geschwenkt, wodurch ein Druck auf die Druckplatte
23 ausgeübt wird.
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Letzterer wird über den Druckbolzen 24 auf das Primärglied 14 des
Kraftverstärkers 12 übertragen. Mittels des mechanischen zweiten Kraftverstärkers
17 erfolgt eine Verstärkung des von dem Druckluftkolben hervorgerufenen Druckes
um etwa 1:4. In dem ersten Kraftverstärker 12 erfolgt dann nochmals eine Kraftverstärkung.
Das Sekundärglied 11 dieses ersten Kraftverstärkers drückt auf die Druckstange 10
und preßt damit die bewegliche Spannbacke 7 an das Werkstück an. In Spannstellung
weisen der Druckluftkolben und die ihm nachgeordneten Glieder des zweiten Kraftverstärkers
17 die in F i g. 4 dargestellte Lage auf.
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Soll der Spanndruck aufgehoben werden, so wird
über ein nicht dargestelltes
Ventil der Zylinderraum entlüftet. Durch die Federn 37 des ersten Kraftverstärkers
12 bzw. auch die an der Anschlaghülse angreifende Feder 38 werden alle Teile der
Spannvorrichtung wieder in ihre in F i g. 3 dargestellte Ruhestellung zurückgeführt.
Der Spanndruck ist aufgehoben, die bewegliche Backe 7 liegt jedoch noch mit geringem
Druck an dem Werkstück an. Wird durch Betätigung des Handgriffes 34 die Hohlspindel
um 1800 zurückgedreht, so bewegt sich die bewegliche Spannbacke 7 um etwa 2 bis
3 mm von dem Werkstück weg, und dieses kann ungehindert entnommen werden.
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Das in F i g. 2 dargestellte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich
lediglich durch die Verwendung eines bekannten hydraulischen Kraftverstärkers 12'
als ersten Kraftverstärker an Stelle des mechanischen Kraftverstärkers 12. Alle
übrigen Teile der Spannvorrichtung sind die gleichen, so daß sich eine nochmalige
Beschreibung erübrigt. Das Primärglied 14' des ersten Kraftverstärkers 12' ist in
diesem Fall der Primärkolben.
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Bei dem in F i g. 7 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der zweite
Kraftverstärker 50 als hydraulischer Kraftverstärker ausgebildet. Er besteht aus
einem Primärkolben 51 mit kleinem Durchmesser und einem Sekundärkolben 52 mit großem
Durchmesser, wobei der Primärkolben in den Zylinderraum 53 des koaxial angeordneten
Sekundärkolbens 52 eintaucht. Vorteilhaft bildet die Kolbenstange des Druckluftkolbens
54 gleichzeitig den Primärkolben 51 des zweiten Kraftverstärkers 50. Der Druckluftkolben
54 und der Sekundärkolben 52 des zweiten Kraftverstärkers 50 weisen zweckmäßig gleiche
Durchmesser auf und sind mit Abstand voneinander in einem gemeinsamen Zylinder 55
angeordnet. Zwischen beiden Kolben 52 und 54 ist eine ringförmige, durch Sicherungsringe
56 gegen axiale Verschiebung gesicherte Trennwand 57 vorgesehen, durch die der Primärkolben
unter Zwischenschaltung einer entsprechenden Dichtung 58 hindurchtritt. Ist auch
der erste Kraftverstärker 59 ähnlich, wie es in F i g. 2 dargestellt ist, als hydraulischer
Kraftverstärker ausgebildet, so kann die Kolbenstange des Sekundärkolbens 52 des
zweiten Kraftverstärkers 50 gleichzeitig den Primärkolben 60 des ersten Kraftverstärkers
bilden. Die Wirkungsweise dieser Spannvorrichtung ist, soweit es sich um die Grobeinstellung
und die Annäherung der beweglichen Spannbacke an das Werkstück durch Drehung der
Hohlspindel handelt, die gleiche wie bei dem eingangs erwähnten Ausführungsbeispiel.
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Liegt die bewegliche Spannbacke 7 an dem Werkstück an, so wird durch
die Bohrung 61 Druckluft in den Raum 62 eingeleitet, wodurch sich der Druckluftkolben
54 nach links verschiebt. Der in den mit Hydraulikflüssigkeit gefüllten Zylinderraum
53 eintauchende Primärkolben 51 verschiebt den Sekundärkolben 52 des ersten Kraftverstärkers
um einen geringeren Betrag ebenfalls nach links. Hierdurch taucht der mit dem Sekundärkolben
52 verbundene Primärkolben 60 des ersten Kraftverstärkers 59 in den mit Hydraulikflüssigkeit
gefüllten Zylinderraum 53 ein und verschiebt nunmehr den Sekundärkolben 64 nach
links, der seinerseits den Spanndruck auf die Druckstange 10 ausübt.