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Bei den bekannten Hydraulikspannern der vorerwähnten Art erfordert
die zum Einspannen der betreffenden Gegenstände notwendige Verschiebung des Spannkolbens
gegenüber dem Spannkörper einen vergleichsweise langen Verstellweg des Stellkolbens
bzw.
seiner ihn beaufschlagenden Stellschraube, was zu allererst durch die zwischen dem
Stellkolben und dem Spannkolben notwendige hydraulische Übersetzung bedingt ist.
Darüber hinaus macht sich dabei, wie erkannt wurde, auch die Kompressibilität des
hydraulischen Druckmittels nachteilig bemerkbar, da sie zu einer entsprechenden
Vergrößerung des Stellkolbenhubes bzw. zu einer Verringerung des Spannkolbenhubes
führt. Obwohl die Kompressibilität der meisten hydraulischen Druckmittel an sich
verhältnismäßig gering ist und bei hydraulischen Spanngeräten mit normalen Überdrücken
praktisch bedeutungslos ist, spielt sie bei Hydraulikspannern, die mit hohen Hydraulikdrücken
bis zur Größenordnung von 3000 Bar und mehr arbeiten, durchaus eine Rolle. Das ist
insbesondere dann der Fall, wenn der Druckerzeuger im Hydraulikspanner angeordnet
ist und aus Platz- bzw.
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Raummangelgründen keine beliebig großen Druckmittelmengen gefördert
bzw. verdrängt werden können.
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Wird von dieser geförderten bzw. verdrängten Druckmittelmenge ein
Teil verbraucht, um die Kompressibilität des Druckmittels zu kompensieren, so geht
diese der eigentlichen Aufgabe verloren, den für den Spannvorgang notwendigen Einspanndruck
zu erzeugen. Das bedingt, daß bei den bekannten Hydraulikspannern der Druckerzeuger
und damit auch der Hydraulikspanner insgesamt verhältnismäßig groß dimensioniert
werden müssen.
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Ausgehend von den vorgenannten Erkenntnissen liegt der Erfindung
daher die Aufgabe zugrunde, einen Hydraulikspanner zu schaffen, bei dem der störende
bzw. nachteilige Einfluß der Kompressibilität des Druckmittels auf die Verstellhübe
des Stellkolbens und des Spannkolbens weitestgehend ausgeschaltet bzw.
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unwirksam gemacht wird, so daß der Hydraulikspanner unter sonst gleichen
Bedingungen auch entsprechend platzsparender gebaut werden kann, wodurch seine Handhabung
und vielfältige Anwendungsmöglichkeit noch wesentlich verbessert wird. Diese Aufgabe
wird ausgehend von einem Hydraulikspanner der eingangs erwähnten Gattung erfindungsgemäß
dadurch gelöst, daß in der Druckmittelkammer ein oder mehrere des dem darin befindlichen
Druckmittel zur Verfügung stehende Volumen verkleinernde Verdrängungskörper aus
weitestgehend inkompressiblem Werkstoff angeordnet sind. Auf diese Weise kann die
Druckmittelmenge ohne Verkleinerung der das Druckmittel enthaltenden Funktionsräume
entsprechend verringert werden. Der Verdrängungskörper wird also g#rundsätzlich
so gestaltet, daß er einerseits seinem Zweck entsprechend möglichst viel Raum einnimmt,
andererseits aber die Funktion des Hydraulikspanners nicht stört, beispielsweise
nicht die in ihm vorhandenen Dichtlippen behindert, oder die notwendigen Druckmittel-Durchlaßkanäle
blockiert und sich auch nicht verklemmen kann.
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Bei einem Hydraulikspanner, der in bekannter Weise mit einem am Spannkolben
angeordneten, in der ihn führenden Druckmittel-Kammerwandung anliegenden Dichtlippenkörper
versehen ist, erhält der Verdrängungskörper auf seiner dem Dichtlippenkörper zugewandten
Seite vorteilhaft ein letzterem entsprechendes Profil. Handelt es sich beispielsweise
um einen Hydraulikspanner mit einem kreiszylindrischem Spannkolben und einem in
eine Ringnut des Spannkolbens eingesetzten ringförmigen Dichtlippenkörper von U-förmigen
Querschnitt, so besteht der Verdrängungskörper zweckmäßig aus einem in den Dichtlippenring
hineinragenden
Ring von im wesentlichen trapez- oder T-förmigem Querschnitt. Auch andere Ausführungsformen
des Verdrängungskörpers, wie sie weiter unten noch näher beschrieben werden, sind
dabei ohne weiteres möglich.
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Sofern der Hydraulikspanner mit einem kreiszylindrischen Spannkolben
und einem topfförmig gestalteten Dichtlippenkörper versehen ist, empfiehlt es sich,
den Verdrängungskörper zylindrisch oder auch kugelförmig zu gestalten und ihn in
den Dichtlippentopf hineinragen zu lassen bzw. ihn darin größtenteils unterzubringen.
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In den Zeichnungen sind mehrere Ausführungsbeispiele erfindungsgemäß
beschaffener Hydraulikspanner dargestellt. Dabei zeigt F i g. 1 und 2 zwei verschiedenartig
als Spannmutter ausgebildete Hydraulikspanner in senkrechtem Querschnitt, F i g.
3 einen als Kopfschraube ausgebildeten Hydraulikspanner in teilweise geschnittener
Ansicht, F i g. 4 eine weitere Ausführungsform eines als Kopfschraube ausgebildeten
Hydraulikspanners, Fig. 5 und 6 jeweils Schnitte durch Hydraulikspanner, die mit
einem zylindrischen Spannkolben und einem topfförmig gestalteten Dichtlippenkörper
versehen sind, F i g. 7 einen als Spannschraube ausgebildeten Hydraulikspanner zur
Einspannbefestigung von Werkzeugen, F i g. 8 eine andere Ausführungsform einer hydraulischen
Spannschraube, Fig. 9 einen Hydraulikspanner mit in seinem Spannkörper vorhandenen
Schraubbefestigungslöchern und einem mit Außengewinde versehenen Spannkolben, auf
dem die in Fig. 10 abgebildete Mutter als Einspannwiderlager aufgeschraubt werden
kann.
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Der in F i g. 1 abgebildete Hydraulikspanner besitzt einen Spannkörper
1, der als Spannmutter ausgebildet ist und demzufolge eine mit einem Innengewinde
2 versehene Bohrung 3 aufweist. Im Spannkörper 1 ist eine mit einem hydraulischen
Druckmittel gefüllte ringförmige Kammer 4 bzw. Ringnut vorhanden, in der der entsprechend
ringförmig ausgebildete Spannkolben 5 verschieblich gelagert ist Zu dessen Abdichtung
in der Ringkammer 4 dient der ringförmige, im Querschnitt U-förmig gestaltete Dichtlippenkörper
6. Die Ringkammer 4 ist über eine Durchtrittsbohrung 7 mit der ebenfalls mit dem
hydraulischen Druckmittel gefüllten Bohrung verbunden, in der der mit einem Dichtungsring
10 versehene Stellkolben 9 verschieblich gelagert ist.
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Zur Verstellung des Stellkolbens 9 dient die mit einem Innenmehrkant
11 versehene Stellschraube 12, die über ein entsprechendes Außengewinde in der mit
entsprechendem Innengewinde 8' versehenen Bohrung 8 verstellbar gelagert ist In
der ringförmigen Druckmittelkammer 4 ist erfindungsgemäß ein entsprechend ringförmig
gestalteter Verdrängungskörper 13 vorgesehen, der aus weitestgehend imkompressiblem
Werkstoff besteht und der das dem Druckmittel in der Ringkammer zur Verfügung stehende
Volumen wesentlich verkleinern hilft. Der Verdrängungskörperring 13 ist dazu im
wesentlichen T-förmig profiliert. Er ist damit der ihm zugewandten Seite des Dichtlippenkörpers
6 entsprechend angepaßt und ragt zwischen die beiden Dichtlippen des Dichtringes
6 hinein. Um die Durchtrittsbohrung 7 für das Druckmittel nicht abzudecken bzw.
den Druckmittel-Durchgang hier nicht zu behindern,
ist der Verdrängungsring
13 auf seiner Oberseite mit einer rinnenförmigen Aussparung 13' oder einer entsprechenden
Nut bzw. Abfasung versehen.
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Schließlich ist am Spannkörper 1 noch eine enge Bohrung 14 vorgesehen,
die durch eine Schraube 15 auf der Oberseite des Spannkörpers 1 verschlossen ist.
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Hierbei kann das Druckmittel bequem und blasenfrei in die entsprechenden
Druckmittelräume eingebracht werdcii.
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Eine ähnlich beschaffene hydraulische Spannmutter ist in F i g. 2
dargestellt. Hier ist die oben schon erwähnte Nachfüllbohrung 14 im Spannkörper
1 durch einen Fettpreßnippel 16 verschlossen, über den eine entsprechende Nachfüllung
möglich ist. Da in diesem Falle der den Spannkolben 5 abdichtende Ring 6' nicht
U-förmig profiliert ist, sondern einen im wesentlichen quadratischen Querschnitt
besitzt, ist hier der Verdrängungsring 13" auf seiner Unterseite entsprechend glatt
beschaffen. Um die Druckmittelbohrungen 7 und 14 nicht einzuengen, ist der Verdrängungskörperring
13" seitlich mit einer entsprechenden Abschrägung 13"' versehen.
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Beide der in den F i g. 1 und 2 dargestellten hydraulischen Spannmuttern
können beispielsweise in der aus Fig.2 ersichtlichen Weise zur Einspannung eines
Körpers, Werkzeuges oder Werkstückes 17 ari einem mit einem entsprechenden Schraubgewindezapfen
18 versehenen Maschinenteil 19 verwendet werden.
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Dabei wird zunächst die Spannmutter 1 auf dem Schraubgewindezapfen
18 soweit aufgeschraubt, bis der Spannkolben 5 zur Anlage an dem einzuspannenden
Körper 17 kommt. Alsdann wird durch weiteres Eindrehen der Stellschraube 12 und
durch die dabei zustande kommende Verstellbewegung des Stellkolbens 9 das hydraulische
Druckmittel unter entsprechend hohen Einspanndruck gesetzt, wodurch der Spannkolben
5 den Einspanngegenstand 17 fest gegen das Maschinenteil 19 preßt. Wegen des vorhandenen
Verdrängungskörpers 13 wirkt sich bei dem vorbeschriebenen Einspannvorgang die Kompressibilität
des Druckmittels praktisch kaum aus, so daß der gewünschte hohe Einspanndruck bereits
mit einer entsprechend geringeren Verstellung der Stellschraube 12 bzw. des durch
sie beaufschlagten Stellkolbens 9 erreicht wird.
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In F i g. 3 ist der Hydraulikspanner mit einem als Spannschraube
ausgebildeten Spannkörper 20 versehen, der einen entsprechenden Schraubgewindeschaft
20' aufweist. Im Schraubenkopf ist eine ringzylindrische Druckmittelkammer 21 vorgesehen,
die über eine Bohrung 22 mit dem Druckerzeuger in Form der Stellschraube 12 und
des Stellkolbens 9 verbunden ist. In der Kammer 21 ist der hier ringscheibenförmig
ausgebildete Spannkolben 23 verschieblich gelagert und durch die Dichtungsringscheibe
24 entsprechend abgedichtet. Um auch in diesem Falle eine wirksame Verkleinerung
des dem Druckmittel zur Verfügung stehenden Volumens zu erreichen, ist in der Kammer
21 ein ringscheibenförmiger Verdrängungskörper 25 und in der Bohrung 22 ein stiftförmiger
Verdrängungskörper 26 untergebracht. An diesem Beispiel wird besonders deutlich,
wie stark die Druckmittelräume in bezug auf das dem Druckmittel zur Verfügung stehende
Volumen durch die Verdrängungskörper 25, 26 verringert werden können, so daß hier
hohe Einspanndrücke bereits mit sehr kleinen Verstellhüben an der Stellschraube
12 bzw. am Stellkolben 9 erzielt werden können.
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Die in F i g. 4 dargestellte hydraulische Spannschrau-
be ist von
grundsätzlich ähnlicher Beschaffenheit wie die vorbeschriebene. Der ringförmige
Spannkolben 27 ist hier durch einen im Querschnitt U-förmigen Dichtungsring 6 abgedichtet.
Eine dementsprechende Profilierung besitzt hier auch der Verdrängungskörper 13,
so daß er mit seiner schmaleren Stirnfläche zwischen die Dichtlippen des Dichtringes
6 zu treten vermag. Im übrigen veranschaulicht dieses Ausführungsbeispiel, daß der
Verdrängungskörper 13 auch noch die zusätzliche Aufgabe erfüllen kann, den Dichtkörper
6 gegen unerwünschtes Verschieben in der Ringkammer 4 zu sichern. Auch hier wird
das in der Kammer 4 eingefüllte vorhandene Druckmittel über eine Nachfülleitung
14 eingefüllt und durch die Stellschraube 12 und den Stellkolben 9 unter entsprechenden
Einspanndruck gesetzt.
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Bei den in den F i g. 5 und 6 dargestellten Ausführungsbeispielen
ist der Hydraulikspanner mit einem kreiszylindrischen Spannkolben 30 und einem abdichtenden,
topfförmig gestalteten Dichtlippenkörper 31 versehen. In dieser Form kann der Hydraulikspanner
beispielsweise zum Aufspannen von Fräsern auf der mit einem entsprechenden Fräsdorn
32 versehenen, nicht weiter dargestellten Fräsmaschine verwendet werden, wobei die
auf den Dorn 32 aufgesteckten Fräser über den Anpreßring 33 und die die Schraubbüchse
34 durchsetzenden Spannstifte 35 von dem Spannkolben 30 entsprechend zusammengepreßt
werden. In beiden Fällen dient zur hydraulischen Spanndruckerzeugung der mit einem
Dichtlippentopf 36 ausgestattete Stellkolben 37, der über die Druckkugel 38 durch
die im Spannkörper 39 geführte Stellschraube 40 verschoben werden kann. Um auch
hier den zwischen den beiden Kolben bzw. deren Dichtungen vorhandenen Druckmittelraum
41 in bezug auf die aufzunehmende Druckmittelmenge wirksam verringern zu können,
ist jeweils ein Verdrängungskörper 42 bzw. 42' vorgesehen, der also entweder zylindrisch
oder aber kugelförmig gestaltet ist und in den Dichtlippentopf 31 hineinragt bzw.
darin größtenteils untergebracht ist.
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In F i g. 7 ist der Hydraulikspanner als mit Außengewinde 43' versehene
Spannschraube 43 ausgebildet, die in eine mit einer entsprechenden Innengewindebohrung
45 versehene Werkzeugaufnahme 46 eingeschraubt ist und hier beispielsweise zum Einspannen
eines spanabhebenden Werkzeuges, Bearbeitungstahles 47 od. dgl.
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dient. Die zwischen dem Spannkörper 43 und dem Spannkolbenkopf 48
vorhandene Druckmittel-Ringkammer 49 ist auch hier größtenteils mit einem Verdrängungskörper
50 ausgefüllt, der aus einem im Querschnitt breitflächigen Ring besteht und mit
seinen schmal abgerundeten Stirnseiten jeweils zwischen die Schenkel der U-förmig
profilierten Dichtringe 51, 52 hineinzufahren vermag. Zur Druckmittelerzeugung dient
wiederum der Stellkolben 9 und die ihn beaufschlagende Stellschraube 12.
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Die in F i g. 8 dargestellte hydraulische Spannschraube mit Außengewinde
kann ähnlich wie die in Fig 7 abgebildete verwendet werden. Abweichend davon ist
hier der Spannkolben 53 kreiszylindrisch gestaltet und mit einem in eine Ringnut
53' eingesetzten ringförmigen Dichtlippenkörper 54 von U-förmigen Querschnitt versehen.
In diesem Falle besteht der Verdrängungskörper 55 aus einem in den Dichtlippenring
54 hineinragenden Ring von im wesentlichen trapez- oder T-förmigem Querschnitt,
so daß er auch hier wieder den dem Druckmittel zur Verfügung stehenden Raum weitestgehend
ausfüllt. Die Nachfüllbohrung 14 ist hier quer
verlaufend angeordnet
und durch die Nachfüllschraube 15 verschlossen, die so vertieft angeordnet ist,
daß sie das Außengewinde 43' des Spannkörpers 43 nicht beeinträchtigt.
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In Fig. 9 und 10 ist ein Hydraulikspanner dargestellt, dessen Spannkörper
56 mit Schraubbefestigungslöchern 57 versehen ist, über die er beispielsweise an
einer strichpunktiert dargcstellten Werkzeugspindel 58 befestigt werden kann. Auf
seinem herausragenden Spannkolbenschaft 59, der mit entsprechendem Gewinde 59' versehen
ist, kann das mit einer entsprechenden Aufsteckbohrung versehene Werkzeug od. dgl.
aufgesteckt und mittels der danach aufzuschraubenden Mutter 60 lose verspannt werden.
Alsdann wird wiederum über die Stellschraube 12 und den Stellkolben 9 das betreffende
Werkzeug hydraulisch fest verspannt.
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Auch in diesem Falle kommt ein verhältnismäßig breitflächiger Ring
50 als Verdrängungskörper zur Anwendung. Dieser Verdrängungsring 50 ist so ausgebildet,
daß er mit seinen entsprechend schmaleren bzw. abgerundeten Stirnseiten jeweils
zwischen die Schenkel der U-förmigen Dichtungsringe 51, 52 hineinzufahren vermag.
Auch hier dient der Verdrängungsring 50 zusätzlich zur verschiebefreien Halterung
der beiden Dichtringe 51, 52 jedenfalls in der eingefahrenen Stellung des Spannkolbens
59.
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Als Werkstoff für den weitestgehend inkompressiblen Verdrängungskörper
haben sich vor allem Stahl und Kupfer bewährt. Er kann aber ebensogut auch aus inkompresiblem
Kunststoff bestehen. Auch andere geeignete Werkzeuge kommen dafür in Frage.