DE2417887A1

DE2417887A1 - Rotationsfaehiger hydraulikzylinder, insbesondere zum betaetigen eines werkzeugmaschinen-spannfutters

Info

Publication number: DE2417887A1
Application number: DE19742417887
Authority: DE
Inventors: Jean Lioux
Original assignee: Precision Industrial SA
Current assignee: Precision Industrial SA
Priority date: 1973-04-13
Filing date: 1974-04-11
Publication date: 1974-10-24
Also published as: US3988969A; FR2230885A1; JPS5012485A; GB1456316A; FR2230885B1; IT1009786B

Description

Rotationsfähiger Hydraulikzylinder.-, insbesondere zum Betätigen eines Werkzeugmaschinen-Spannfutters,

Die Erfindung betrifft einen rotationsfähigen Hydraulikzylinder, insbesondere zum Betätigen eines Werkzeugmaschinen-Spannfutters, mit, zum hydraulischen Anschluß wenigstens einer seiner Kammern,einer radialen Hydraulikverbindung, die in einem hohlen und feststehenden zylindrischen !Teil, der mit einem orstfesten Abschnitt des zu dieser Kammer führenden Kanalsystems versehen ist, einen mit dem feststehenden Teil einen engen, ringförmigen Spalt bildenden, in Wälzlagern gelagerten drehenden Teil aufweist, der den zu dieser Kammer führenden, umlaufenden komplementären Abschnitt des Kanalsystems und darin wenigstens ein Rücklauf der dieser Kammer zugeleiteten Flüssigkeit verhinderndes Rückschlagventil enthält, wobei in wenigstens einem dieser Teile eine die umlaufenden und Ortsfesten Abschnitte des Kanalsystems miteinander verbindende Ringnut ausgebildet ist.

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Es sind "bereits derartige rotationsfähige Arbeitszylinder bekannt, deren Kammern nacheinander über eine ohne Berührung der festen Teile drehenden Hydraulikverbindung mit Drucköl versorgt werden.

Zur Beaufschlagung der beiden Kammern des Arbeitszylinders weist diese Verbindung in einem hohlen und feststehenden zylindrischen Teil, in dem ortsfeste Abschnitte des .zu diesen Kammern führenden Kanalsystems ausgebildet sind, einen zylindrischen Teil auf, der, um im feststehenden Teil und ohne Berührung mit diesem sich drehen zu können, an beiden Seiten in Wälzlagern gelagert ist, wobei in wenigstens einem dieser Teile für den Durchtritt des Öls vom einen zum anderen Teil zwei Ringnuten ausgebildet sind, die mit den ortsfesten und umlaufenden Abschnitten des zu den Kammern des Arbeitszylinders führenden Kanalsystems in Verbindung stehen.

Es ist somit möglich, durch wechselweises Beaufschlagen des einen Kanalsystems mit Druck und Entleeren des anderen den rotationsfähigen Arbeitszylinder zu betätigen, wobei man den im ringförmigen Spalt zwischen diesen beiden Teilen auftretenden kleinen Ölleckstrom in Kauf nimmt, der umso kleiner ist, je geringer der Abstand zwischen Innen- und Außendurchmesser der genannten Teile.

Aufgrund dieses Ölleckstromes und um den Arbeit sz ylinder in seiner Arbeitsstellung zu halten, ist es bei einer derartigen Ausbildungsform notwendig, die Hydraulikdruckquelle ständig eingeschaltet zu halten. Bei Störung oder Ausfall der Druckquelle wird der Arbeitszylinder freigegeben bzw. verliert der Arbeitszylinder Druck, was insbesondere bei Werkzeugmaschinen zu ernsten Gefahren führen kann.

Um diesem abzuhelfen, ist bereits vorgeschlagen worden, jeden der beiden umlaufenden Abschnitte des Kanalsystems mit einer

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Rücklaufsperre, insbesondere mit einer Rückschlagklappe oder einem Rückschlagventil zu versehen. Um dennoch die Betätigung des Arbeitszylinders zu ermöglichen, d.h. das Entleeren der der mit Druck zu beaufschlagenden Kammer gegenüberliegenden Kammer von Öl, greift der Wirkdruck im allgemeinen mit einem eine axiale Verlängerung aufweisenden Kolben am Rückschlagventil dieser gegenüberliegenden Kammer an, um es in die Offenstellung zu drängen.

Schließlich hat man bereits vorgeschlagen, zur Aufrechterhaltung des Hydraulikdruckes in der Arbeitskammer des Arbeitszylinders einen Hydraulikdruckspeieher zu verwenden, der in Strömungsrichtung hinter dem zugehörigen Rückschlagventil an die erwähnte Arbeitskammer angeschlossen ist.

Insbesondere wird in der deutschen Patentanmeldung P 23 18 24O.3 eine spezielle Ausbildungsform von Druckspeicher vorgeschlagen, die diesen Druck nicht nur aufrechterhält, sondern ihn im Innern der Arbeitskammer in einem Verhältnis zu erhöhen vermag, das bei Aufheben des Betätigungsdruckes beträchtlich sein kann.

Es sei nur in Erinnerung gerufen, daß dieser Druckspeicher einen Stufenkolben aufweist, der in einer mit zwei Durchmessern ausgeführten zylindrischen Höhlung in Richtung auf den im Durchmesser kleineren Abschnitt vorgeschoben ist, der mit der den Betätigungsdruck aufnehmenden Kammer in Verbindung steht. Der Betätigungsdruck wird auch in die genannte Höhlung eingeleitet, und zwar nahe deren Durchmesserstufe.

Somit wird die Feder bei Unterdrucksetzung durch den Öldruck zusammengedrückt, der über den Stufenkolben auf eine dem großen Querschnitt der zylindrischen Höhlung gleichgroße Fläche wirkt, während bei Aufheben des Betätigungsdruckes die auf diese Weise stark zusammengedrückte Feder über den Kolben nur auf den kleinen Querschnitt der Höhlung wirkt und

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bewirkt, daß in dieser, und damit in der Kammer des Arbeitszylinders, ein höherer als der Betätigungsdruck herrscht.

Gleichgültig ob der Wirkdruck im Arbeitszylinder-durch einen Druckspeicher in seiner· Größe beibehalten oder verstärkt wird, wird es überflüssig, und im Falle einer Druckerhöhung sogar gefährlich, die Beaufschlagung des Arbeitszylinders fortzusetzen, sobald die Rücklaufsperren die Kammern des die Arbeitsstellung einnehmenden Arbeitszylinders absperren.

In der vorerwähnten deutschen Patentanmeldung wird vorgeschlagen, diese Beaufschlagung mit verringertem Druck fortzusetzen, um die den drehenden Teil abstützenden Wälzlager zu kühlen und zu schmieren.

Nun ist bekannt, daß die Drehgeschwindigkeit der radialen, Hydraulikdruck übertragenden Verbindungen durch die molekulare Reibung des Öls in den praktisch sich gegenseitig durchdringenden Grenzschichten an den beiden Wänden des engen, ringförmigen Zwischenraumes oder Spaltes begrenzt ist, der, wenn auch mit dem bereits erwähnten Ölleckstrom, die Verbindung abdichtet. Wird die Ölversorgung der Verteilerringnuten vollständig gestoppt, dauert dieses Phänomen fort und verstärkt sich sogar, da eine ständige Ölzufuhr die erzeugte Wärme nicht mehr abführt.

Unabhängig einerseits von der geometrischen Genauigkeit und der Oberflächenqualität der betroffenen Flächen, und andererseits von der Viskosität des verwendeten Öles kann die Geschwindigkeit der sich relativ zueinander bewegenden Flächen 20 m/Sek. nicht überschreiten, und zwar aufgrund des thermischen Ungleichgewichts, das sich zwischen dem drehenden und dem feststehenden Teil ergibt, wobei der letztere aus Gründen der Konstruktion besser gekühlt ist als der erstere.

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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen rotationsfähigen Hydraulikzylinder zu schaffen, bei dem sich die Drehgeschwindigkeit der drehenden radialen Verbindungsteile ohne Gefahr von Erwärmung oder Energieverlusten erhöhen läßt.

Diese Aufgabe ist mit einem rotationsfähigen Hydraulikzylinder der eingangs beschriebenen Art gelöst, der sich erfindungsgemäß dadurch auszeichnet, daß in den genannten Spalt ein Druckgaskanal mündet, der nach dem Einleiten von Drucköl in die genannte Kammer zum Austreiben des im Spalt enthaltenen Öles beaufschlagbar ist.

Das Austreiben des in den ringförmigen Spalten zwischen dem feststehenden und dem drehenden Teil verbliebenen Öles erfolgt mit einem unter Druck stehenden Gasstrahl.

Bei diesem Gas handelt es sich vorteilhafterweise um Luft. Wenngleich im folgenden aus Gründen der Einfachheit nur von Luft gesprochen wird, versteht es sich, daß an deren Stelle jedes nichtangreifende und durch Entspannen nicht verflüssigbare Druckgas verwendet werden könnte.

Um eine vollständige Entfernung des Öles zu erreichen, erfolgt das Einleiten der unter Druck gesetzten Luft wenigstens in eine, längs des Umfanges des drehenden Verbindungsteiles ausgebildete zusätzliche Ringnut.

Vorzugsweise ist eine derartige Ringnut zwischen zwei ölführenden Ringnuten und zwischen je einer dieser Ringnuten und dem entsprechenden Ende des ringförmigen Spaltes ausgebildet, wobei diese verschiedenen Ringnuten in Parallelschaltung an eine mit einem Rückschlagventil versehene Druckluftquelle angeschlossen sind.

Die auf diese Weise verwendete Luft ist weiterhin vorzugsweise mit einem Ölnebel beladen, der die Schmierung der den drehenden Teil abstützenden Wälzlager ermöglicht.

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Dank eingebauter Rücklaufsperren läßt sich die Ölversorgung nach, dem Abschalten des Antriebes des Arbeitszylinders unterbrechen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand schematischer Zeichnungen eines Ausführungsbeispiels mit weiteren Einzelheiten erläutert. In der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 eine Schnittansicht in zwei, in eine einzige Ebene gelegten radialen Schnittebenen eines rotationsfähigen Arbeitszylinders mit einer radialen Hydraulikverbindung nach der Erfindung, und

Fig. 2 eine vereinfachte Darstellung aller Bauteile des in Fig. 1 gezeigten Arbeitszylinders.

Ein Außengehäuse 1, das die Ölleckströme aus dem rotationsfähigen Arbeitszylinder auffängt und über einen Ablaßstutzen 2 abführt, umschließt einen feststehenden Teil 3 und einen drehenden Teil 4 des Aggregates, das gebildet ist vom rotationsfähigen Arbeitszylinder, von der dessen Beaufschlagung dienenden radialen Hydraulikverbindung und von den verschiedenen Bauteilen, die die hydraulische Abtrennung des drehenden Teiles und nacheinander in jeder der Kammern des Arbeitszylinders die Aufrechterhaltung des Druckes ermöglichen.

Die feststehenden und drehenden Teile sind gegenseitig mit zwei Wälzlagern 5 und 6 zentriert. Das Aggregat ist in einer Halterung 7 des Außengehäuses aufgenommen. Der im drehenden Teil angeordnete Arbeitszylinder weist einen mit einer in axialer Richtung sich erstreckenden Hülse 9 einstückig bzw. fest verbundenen Kolben 8 auf. Die Hülse 9 ist an das angetriebene, drehende Organ angeschlossen. Dieser Kolben bildet im eigentlichen Zylinder des Arbeitszylinders zwei Kammern A und B. Die Kammer A ist mit einer eingesetzten Wand 10 verschlossen.

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Im feststehenden Teil sind Ringnuten a und b ausgebildet, die jeweils über einai in Fig. 1 nicht, in Pig. 1 schematisiert gezeichneten / T1 bzw. 12 mit einem Verteilerventil 13 in Verbindung stehen, dessen bewegliches Teil oder Schieber 13a mit zwei Elektromagneten 14 und 15 sowie zwei ebenfalls gegensinnig wirkenden Federn 16 und 17 drei Schaltstellungen einzunehmen vermag.

In der in Fig. 2 gezeichneten Mittelstellung sind nur die beiden Federn 16 und 17 wirksam, und der Schieber oder Steuerkolben 13a verharrt in der Mittelstellung, so daß zwei an die Ringnuten a und b angeschlossene ortsfeste Kanalabschnitte 18 bzw. 19 miteinander und über einen Kanal oder Leitung 20 mit einem Ölbehälter 21 in Verbindung stehen.

Die Rücklaufleitung 20 kann so angeordnet sein, daß sie nicht in das Öl im Behälter eintaucht, um Ölrücklauf infolge Saugheberwirkung zu verhindern.

Der von einer Pumpe 23 unter Druck gesetzte Ölauslaß 23a ist dagegen abgesperrt.

Sobald der eine oder der andere der Elektromagnete 14, 15 erregt wird, wird eine der Ringnuten, a oder b, unter Druck gesetzt, während die andere zum Behälter hin entleert wird. In Fig. 1 sind die Bauteile dargestellt, die bei der Unterdrucksetzung der Ringnut b beteiligt sind.

In einer zylindrischen Höhlung 24, die mit zwei Durchmessern 24a und 24b ausgeführt ist, ist verschieblich ein mit einer Feder 26 vorbelasteter Stufenkolben 25 geführt. Die Ringnut b ist über gestrichelt eingezeichnete Bohrungen 27 nahe der Durchmesserstufe an diese Höhlung angeschlossen.

Der den kleineren Durchmesser 24b aufweisende Abschnitt steht mit der Kammer B in Verbindung.

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Die Ringnut b ist unmittelbar mit einer Höhlung 28 verbunden, in der ein Rückschlagventil 29 angeordnet ist, welches von einer Feder 30 in Anlage an seinem Sitz gehalten ist.

Das von der Ringnut b kommende, unter Druck stehende Öl vermag somit dieses Rückschlagventil in die Offenstellung zu drängen, um über Löcher 31 in die Kammer B zu gelangen.

Sobald die Ringnut a über (nicht gezeichnete) Kanäle oder Leitungen unter Druck gesetzt ist, stellt außerdem der Raum 32 unter Druck. Dadurch wird ein Kolben 33 nach rechts verschoben, der mit einer Verlängerung 34 das Rückschlagventil 29 öffnet. Somit kann der Raum bzv.. die Kammer A unter Druck stehende Flüssigkeit erhalten, während der Raum oder die Kammer B entleert wird.

Wie im einzelnen in der bereits erwähnten deutschen Patentanmeldung beschrieben, sind die gleichen Bauteile, nämlich Druckspeicher, Rückschlagventil und Betätigungsorgan für die Öffnung des Rückschlagventils, im Strömungsweg von der Ringnut a zur Kammer A und im von der Ringnut b ausgehenden Strömungsweg angeordnet, so daß durch Öffnen des entsprechenden Rückschlagventils die Kammer A unter Druck gesetzt bzw. entleert werden kaniio

Eine vereinfachte Darstellung dieser Anordnung zeigt Fig. Die Rückschlagventile AR und AR-, sind im Strömungsweg von

a D

den Ringnuten a und b zu den Kammern A und B angeordnet. Die gestrichelten Linien D und D, stellen die die Öffnung

et O

der Rückschlagventile erzwingenden Kolben dar, während die federbelasteten Differentialdruckspeicher M₀ und M, als

et U

Druckvervielfacher bzw. Druckübersetzer wirken.

In Fig. 1 ist zu erkennen, daß zwischen den Ringnuten a und b sowie zwischen jeder dieser Ringnuten und Enden 37 bzw. 38 des engen Spaltes, in dem der feststehende Teil 3 sich in

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geringem Abstand vom drehenden Teil 4 befindet, ungefähr in der Mitte dieses feststehenden Teiles zusätzliche Ringnuten 39»40 und 41 ausgebildet sind. Diese sind über rechtwinklige Bohrungen 42 an einen Druckluft-Einlaßstutzen 43 angeschlossen, in dem ein Rückschlagventil 44 angeordnet ist.

Wie die schematisierte Darstellung der Pig. 2 zeigt, ist der Einlaßstutzen 43 an eine Druckluftquelle 45 angeschlossen, der ein Öler 46 zum Beladen der Luft mit Ölnebel sowie ein Magnetsteuerventil 47 für den Luftdurchtritt nachgeschaltet sind.

Die Arbeitsweise dieses Aggregates ist wie folgt:

Soll beispielsweise der Kolben 8 entsprechend Pig. 1 nach rechts gedrängt werden, wird das Verteilerventil 13 selbst durch Erregung des Elektromagneten 15 nach rechts verstellt. Somit wird das Rückschlagventil AR-J₃ in die Offenstellung gedrängt, während das Rückschlagventil AR^ vom Kolben ge-

öffnet wird, für diesen Strömungsweg vom Kolben 33. Die Feder des Druckspeiehers M, wird zusammengedrückt.

Nachdem die Arbeit des drehenden Arbeitszylinders ausgeführt ist, beispielsweise im Falle einer Werkzeugmaschine, nachdem das Spannfutter das zu spannende Werkstück erfaßt hat, wird der Elektromagnet 15 freigegeben bzw. entregt und das Magnetsteuerventil 47 geöffnet.

Auf diese Weise sind die beiden Kammern des Arbeitszylinders isoliert, wobei die Kammer B unter dem von ihrem Druckspeicher bestimmten Druck steht, während Luft in die drei Ringnuten 39» 40 und 41 eingeblasen wird.

Das zwischen den Teilen 3 und 4 in dem diese voneinander trennenden ringförmigen Spalt verbliebene Öl wird auf diese Weise in Richtung der Ringnuten a und b sowie der Enden

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und 38 des ringförmigen Spaltes getrieben. Da die Ringnuten a und b von atmosphärischem Druck "beaufschlagt sind und mit dem Behälter in Verbindung stehen, verschwindet das Öl aus dem Spalt zwischen den feststehenden und beweglichen Teilen vollständig.

Das Austreiben des Öles kann mit einem Luftstoß verhältnismäßig hohen Druckes, beispielsweise von 3 his 10 bar erfolgen, den man nach einer Einwirkungsdauer von einigen Sekunden auf einen sehr viel niedrigeren Wert zurücknehmen kann, beispielsweise auf 0,5 bar. Vorzugsweise wendet man eine konstante mittlere Druckhöhe von beispielsweise 2 bar an, wodurch sich eine Vereinfachung der Steuergeräte ergibt.

Die im Spalt zwischen dem feststehenden und dem drehenden Teil strömende, mit Öl beladene Luft bewirkt eine Kühlung und durch das von ihr mitgeführte Öl eine Schmierung der Wälzlager 5 und 6. Außerdem baut sich im Außengehäuse 1 ein ständiger Überdruck auf, der beim Entweichen durch die Labyriflfche und DicMungsstellen an diesen Stellen dem Eindringen von Fremdstoffen in das Außengehäuse entgegenwirkt, insbesondere dem Eindringen von Kühlflüssigkeit, die bei der Bearbeitung auf einer Drehbank, wie z.B. beim Bohren, bei Stangenarbeit, etc., in die Maschinenspindel eindringt.

Während der Bedienung dieses Arbeitszylinders, d.h. bei geschlossenem Magnetsteuerventil 47, verhindert das Rückschlagventil 44 das Eindringen von Öl in den Druckluftkreis.

Die Erfindung ist bei Schnellaufenden Werkzeugmaschinen,insbesondere für die Betätigung von Werkstück-Spannfuttern anwendbar.

/Patentansprüche 409843/0916

Claims

1A-44 687 PATENTANSPRÜCHE

1.J Rotationsfähiger Hydraulikzylinder, insbesondere zum Betätigen eines Y/erkzeugmaschinen-Spannfutters, mit, zum hydraulischen Anschluß wenigstens einer seiner Kammern,einer. radialen Hydraulikverbindung, die in einem hohlen und feststehenden zylindrischen Teil, der mit einem ortsfesten Abschnitt des zu dieser Kammer führenden Kanalsystems versehen ist, einen mit dem feststehenden Teil einen engen, ringförmigen Spalt bildenden, in Wälzlagern gelagerten drehenden Teil aufweist, der den zu dieser Kammer führenden, umlaufenden komplementären Abschnitt des Kanalsystems und darin wenigstens ein, Rücklauf der dieser Kammer zugeleiteten Flüssigkeit verhinderndes Rückschlagventil enthält, wobei in wenigstens einem dieser Teile eine die umlaufenden und ortsfesten Abschnitte des Kanalsystems miteinander verbindende Ringnut ausgebildet ist, dadurch g e k e η η zeichnet, daß in den genannten Spalt ein Druckgaskanal 39,40,41>43) mündet, der nach dem Einleiten von Drucköl in die genannte Kammer (A oder B) zum Austreiben des im Spalt enthaltenen Öles beaufschlagbar ist.

2. Hydraulikzylinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckgaseinlaß von wenigstens einer zur Ölverteiler-Ringnut (a,b) parallelen Ringnut (39,40,41) gebildet ist.

3„ Hydraulikzylinder nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ölverteiler-Ringnut (a,b) nach Druckbeaufschlagung der Arbeitszylinderkammer (A,B) ins Freie entlüftbar ist.

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4. Hydraulikzylinder nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß aufgrund der doppelsinnig wirkenden Arbeitsweise des Hydraulikzylinders und der Anordnung von zwei, den beiden Arbeitszylinderkanmern (A,B) entsprechenden Ringnuten (a,b) an der Hydraulikverbindung (3,4) im engen, ringförmigen Spalt wenigstens drei Druckgas-Einlaßringnuten (39,40,41) ausgebildet sind, von denen eine (39) zwischen den beiden Ölverteiler-Ringnuten (a,b) angeordnet ist, die beide zum Zeitpunkt des Druckgaseintrittes entleert werden, und die beiden anderen (40,41) jeweils zwischen einer Ölverteiler-Ringnut (a bzw. b) und dem entsprechenden Ende (38 bzw. 37) des ringförmigen Spaltes angeordnet sind.

5. Hydraulikzylinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das ständig zugeführte Gas Ölnebel mit sich führt.

6. Hydraulikzylinder nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das vom drehenden Teil (4) durchsetzte Außengehäuse (1) des Hydraulikzylinders durch ständiges Zuführen von Druckgas unter Überdruck gesetzt ist.

7. Verfahren zur Reibungsverringerung in einer drehenden radialen Hydraulikverbindung eines rotationsfähigen Hydraulikmotors des Typs Arbeitszylinder, der Einrichtungen zur Speicherung des ihm durch die Verbindung hindurch zugeführten Hydraulikdruckes aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß während der Drehung die nach jedem Einschalten des Motors in der drehenden Verbindung verbleibende Flüssigkeit ausgeblasen wird.

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