DE2847950C2 - Hydraulisch betätigter Hohlspannzylinder für Spanneinrichtungen an einer rotierenden Drehmaschinenspindel - Google Patents

Description

bO

Die Erfindung betrifft einen hydraulisch betätigten Hohlspannzylinder für Spanneinrichtungen an einer rotierenden Drehmaschinenspindel, bestehend aus einem an die Spindel anschließbaren Zylindergehäuse und einem in dessen Zylinderkammer axial verschiebbaren, an ein in der hohlen Spindel befindliches Zugglied, insbesondere Zugrohr, anschließbaren ringförmigen Spannkolben, wobei das Zylindergehäuse und der ringförmige Spannkolben mit der Spindel und ihrem Zugglied rotieren, sowie aus einem die äußere Zu· und Abfuhr der Druckflüssigkeit ermöglichenden feststehenden Anschlußgehäuse, das mit einer zylindrischen Innenbohrung, die mindestens eine Ringnut und eine darin mündende Druckflüssigkeitsleitung aufweist, koaxial zur Zylinderachse außen auf einem hohlzylindrischen Führungsansatz des Zylindergehäuses gelagert ist, der an die Ringnuten anschließende Verbindungskanäle zu den Zylinderräumen beidseits des ringförmigen Spannkolbens aufweist und zwischen sich und dem Anschlußgehäuse eine mit der Druckflüssigkeit gefüllte Ringspaltdichtung bildet, sowie ein durch das rotierende Zylindergehäuse angetriebenes Druck- oder Sauggebläse, das das Anschlußgehäuse, das Ein- und Auslaßöffnungen besitzt, mit Luft kühlt

Hohlspannzylinder dieser Art sind aus der DE-OS 21 23 075 bekannt und ermöglichen die Bearbeitung von Stangenmaterial, das wegen seiner Länge einen freien zentralen Durchgang nicht nur in der Spanneinrichtung, sondern auch in der Drehmaschinenspindel bzw. ihrem Zugglied und im Spannzylinder erfordert. Im Hohlspanpzylinder ist dazu die Zylinderkammer zum zentralen Durchgang hin durch ein fest mit dem ringförmigen Spannkolben verbundenes Rohrstück abgeschlossen, das sich in den Führungsansatz erstreckt, darin geführt ist und dadurch seinerseits den Spannkolben in der Zylinderkammer führt. Für die Ringspaltdichtung zwischen der Innenbohrung des feststehenden Anschlußgehäuses und dem rotierenden Führungsansatz werden die Eigenschaften von Grenzschichten, bzw. von den diesen genannten Bauteilen anhaftenden Flüssigkeitsfilmen ausgenutzt, um das Austreten von Druckflüssigkeit zu verhindern oder die Menge der austretenden Flüssigkeit in bestimmter Weise zu dosieren. Dies wird dadurch erreicht, daß mittels zwischen dem Führungsansatz und dem Anschlußgehäuse angeordneter Wälzlager das Spiel zwischen der Inntnbohrung des feststehenden Anschlußgehäuses und der Außenfläche des rotierenden Führungsansatzes so gering gewählt wird, daß der Ringspalt infolge auf die Druckflüssigkeit ausgeübter Adhäsionswirkung beider Oberflächen abgedichtet ist und nur noch eine dosierte, beispielsweise für die Schmierung und Kühlung der Wälzlager erwünschte Flüssigkeitsmenge durch ihn hindurch austritt, wobei die axiale Länge des Ringspalts derart gewählt wird, daß die Leckflüssigkeit bei ihrem Austritt aus dem Ringspalt bereits entspannt ist. Die sich relativ zueinander drehenden Bauteile kommen selbst nicht miteinander in Berührung, so daß die wesentlichen Reibungsverluste und damit die entstehende Wärme allein durch die innere ölreibung verursacht wird. Diese Wärme ist um so größer, je größer der Umfang des Ringspaltes ist, denn mit größerem Ringspaltumfang wird vor allem die Relativgeschwindigkeit zwischen den sich gegeneinander bewegenden Grenzflächen größer. Das führt dazu, daß bei hohen Umlaufgeschwindigkeiten das den Hohlspannzylinder durchsetzende öl soweit erwärmt wird, daß das Anschlußgehäuse an seiner Außenseite mit Luft gekühlt wird, die von dem Druckgebläse über das Anschlußgehäuse geblasen wird, jedoch reicht diese Kühlung um so weniger aus, je höher die Umlaufgeschwindigkeit wird, die besonders bei modernen /VC'-Maschinen sehr groß ist. Das Problem einfach durch einen kleineren Ringdurchmesser der Spaltdichtung zu lösen, ist bei den bekannten Hohlspannzylindern nicht ohne weiteres möglich, weil der Durchmesser des Führungsansatzes schon im Hinblick

auf die in ihm verlaufenden Verbindungskanäle, die einen nach Menge und Geschwindigkeit ausreichenden Druckflüssigkeitsdurchsatz ermöglichen müssen, nicht beliebig klein gewählt werden kann. Außerdem muß der hohle Führungsansatz den erforderlichen Durchgang besitzen und das den Spannkolben iührende Zugrohr aufnehmen. Der Durchgang des hohlen Führungsansatzes darf also im Durchmesser nicht kleiner als das Zugrohr selbst sein. Der lichte Durchmesser des Zugrohres aber ist durch die betrieblichen Erfordernisse, für die der Hohlspannzylinder bestimmt, bzw. eingesetzt werden soll, vorgegeben.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen hydraulisch betätigten Hohlspannzylinder der eingangs genannten Art so auszubilden, daß auch bei hohen Umlaufgeschwindigkeiten eine zu starke Erwärmung durch intensive Kühlung vermieden wird, damit bei vorgegebenem lichten Durchgangsdurchmesser das radiale Spiel zwischen dem Anschlußgehäuse und dem Zylindergehäuse klein gewählt werden kann.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß das Anschlußgehäuse, das Kühlkammern aufweist, innen von Luft durchströmt wird.

Eine sehr wirksame Kühlkammer läßt sich dadurch besonders einfach verwirklichen, daß das Anschlußgehäuse zwischen zwei stirnseitigen Abschlußkappen zwei zueinander und zur Zylinderachse koaxiale Ringwände aus gut wärmeleitendem Werkstoff aufweist, die zwischen sich die ringförmige Kühlkammer bilden, wobei sich die Ein- und Auslaßöffnungen in den (ebenfalls gut wärmeleitenden) Abschlußkappen befinden und in Umfangsrichtung verlängert sind, um den Öffnungsquerschnitt möglichst zu vergrößern. Zweckmäßig befinden sich die Einlaßöffnungen an den Gebläseflügeln gegenüberliegender Stelle der dem Zylindergehäuse zugekehrten Abschlußkappe des Anschlußgehäuses. Eine besonders wirksame Wärmeabfuhr aus dem Lecköl wird dann erreicht, wenn die innere Ringwand der Kühlkammer einen Sammelraum für die aus der Ringspaltdichtung austretende Leckdruckflüssigkeit begrenzt, so daß die Wärme aus dem Lecköl unmittelbar durch die innere Ringwand auf den Kühlluftstrom übertragen werden kann. Weiter besteht zur Verbesserung der Kühlwirkung die Möglichkeit, in der Kühlkammer axial verlaufende, vorzugsweise mit der inneren Ringwand in wärmeleitender Verbindung stehende Kühlrippen anzuordnen.

Der durch die Erfindung erreichte technische Fortschritt besteht im wesentlichen darin, daß das Anschlußgehäuse durch die vom Gebläse erzeugte und durch die Kühlkammer oder Kühlkammern des Anschlußgehäuses geführten Kühlluftströme eine sehr intensive Kühlung erfährt, und daß daher auch dann die durch die innere Ölreibung in der Ringspaltdichtung erzeugte Wärme ausreichend abgeführt werden kann, wenn die Umlaufgeschwindigkeit und der Ringdurchmesser der Dichtung groß sind. Die Kühlkammer oder -kammern können unschwer so im Anschlußgehäuse angeordnet werden daß ein fast unmittelbarer Wärmeaustausch zwischen dem Lecköl und der Kühlluft möglich ist.

Im folgenden wird die Erfindung an einem in der Zeichnung dargestellten Ausfuhrungsbcispiel näher erläutertes /eigt

F i g. 1 einen hydraulisch betätigten Hohlspannzylinder nach der Erfindung in einem "\\ialschnitt,

K1 g. 2 einen Schnitt in Richtung 11-11 durch den Cieeenstand nach 1- ic. 1.

Fig. 3 einen Schnitt in Richtung III-II1 durch den Gegenstand nach F i g. 1.

In der Zeichnung ist der Hohlspannzylinder in einer senkrecht stehenden Stellung gezeigt, die nicht seiner tafächiichen Einbaulage entspricht, in welcher der Hohlspannzylinder mit horizontal liegender Zylinderachse 12 und nach unten gerichtetem Ölablaufanschluß 16.7 angeordnet ist. Das Zylindergehäuse ist mit 1 bezeichnet An seiner vorderen Stirnwand 2 ist es zum

to Anschluß an eine nicht dargestellte Drehmaschinenspinde! eingerichtet Im Zylindergehäuse 1 befindet sich eine Zylinderkammer 3, die als nach vorn zur Drehmaschinenspindel hin offene Ringkammer in das Zylindergehäuse 1 eingearbeitet ist, also zwischen einer äußeren Ringwand 1.1 und einer inneren Ringwand 1.2 des Zylindergehäuses ausgebildet ist Diese Zylinderkammer 3 ist spindelseitig durch einen am Rand der äußeren Ringwand 1.1 durch Schrauben 1.3 gehaltenen ringförmigen Zylinderdeckel 1.4 abgeschlossen, der Gewindesacklöcher 1.5 trägt, an welchen der Anschluß der nicht dargestellten Drehmaschinenspindef erfolgt. Der in der Zylinderkammer 3 axial verschiebbare Spannkolben 4, der in Fig. 1 in seiner hinteren Endstellung dargestellt ist, trägt an seiner Vorderseite einen fest mit ihm verbundenen Kragen 5, der den Spannkolben 4 auf der Außenfläche der inneren Ringwand 1.2 führt und durch einen Ringspalt 6 nach außen ragt, der zwischen einer Innenbohrung 7 des Zylinderdeckels 1.4 und dem Ende der inneren Ringwand 1.2 freigelassen ist. Der Spannkolben 4 ist durch Dichtungen 8 gegen die innere und äußere Ringwand 1.1, 1.2 der Zylinderkammer 3, sowie mit seinem aus dem Ringspalt 6 vorragenden Kragen 5 durch eine Dichtung 9 gegen den Zylinderdekkel 1.4 abgedichtet, so daß die in die Zylinderräume 3.1,

ü 3.2 beidseits des Spannkolbens 4 eintretende Druckflüssigkeit nicht entweichen kann. Der aus dem Ringspalt 6 frei vorstehende Teil des Kragens 5 weist ein Innengewinde 10 zum Anschluß des sich in der nicht dargestellten Drehmaschinenspindel befindlichen und

4ü ebenfalls nicht dargestellten Spannrohres auf. Der Spannkolben 4 ist im übrigen durch Führungsstifte 11 gegen Verdrehungen in bezug auf das Zylindergehäuse 1 gesichert.

An seinem rückwärtigen Ende trägt das Zylinderge-

·>> häuse 1 einen zur Zylindern ise 12 koaxialen hohlzylindrischen Führungsansatz 13, dessen lichter Innenquerschnitt zusammen mit dem der inneren Ringwand 1.2 des Zylindergehäuses 1 den Durchgang 14 des Hohlspannzylinders bildet. Dieser Führungsansatz 13

""' nimmt zusammen mit dem Zylindergehäuse 1 und dem Spannkolben 4 an der Drehung der Drehmaschinenspindel bzw. des Zugrohres teil. Auf der Außenseite des Führungsansatzes 13 ist über Wälzlager 15 ein feststehendes, also an der Drehung des Führungsansat-

">'> zes 13 nicht teilnehmendes Anschlußgehäuse 16 gelagert, das die äußere Zu- und Abfuhr der Druckflüssigkeit über Druckleitungsanschlüsse 17.1, 17.2 ermöglicht. Dazu besitzt das Anschlußgehäuse 16 eine Innenbohrung 16.1 mit im Ausführungsbeispiel zwei Ringnuten 18.1, 18.2, die mit den Druckleitungsanschlüssen 17.1, 17.2 verbunden sind. Im Führungsansatz 13 verlaufen an diese Ringnuten 18.1, 18.2 anschließende, in der Zeichnung nur teilweise dargestellte Verbindungskanäle 19.1, 19.2, 20.1, 20.2 zu den

f>3 Zylinderräumen 3.1, 3,2 beidseits des Spannkolbens 4. Zwischen dem Führungsansalz 13 und dem Anschlußgehäuse 16 befindet sich die mit der Druckflüssigkeit gefüllte Ringspaltdichtung, die einen Spalt 21 von nur

wenigen hundertstel Millimeter Breite darstellt. Das durch die Ringnuten 18.1, 18.2 in die Verbindungskanäle 19.1, 19.2 oder umgekehrt strömende und dabei den Spalt 21 durchquerende Drucköl breitet sich seitlich im Spalt 21 aus. Das aus dem Spalt 21 am linde austretende -, öl kann zum Teil unmittelbar durch in der Innenbohrung 16.1 des Anschlußgehäuses 16 befindliche Ringnuten 16.2 und daran anschließende Leitungen 16.3 und zum anderen Teil nach Schmierung und Kühlung der Wälzlager 15 durch Ringkanäle 16.4, die sich in zwei m stirnseitigen Abschlußkappen 16.5 des Anschlußgehäuses 16 befinden, in einen Ölsammelraum 16.6 gelangen, aus dem das Lecköl durch einen Ölablaufanschluß 16.7 entweichen kann. Der ölsammelraum 16.6 ist durch eine beidseits durch die Abschlußkappen 16.5 begrenzte ]=, Ringwand 16.8 aus gut wärmeleitendem Werkstoff nach außen abgeschlossen. Diese Ringwand 16.8 bildet mit einer weiteren äußeren Ringwand 16.9, die ebenfalls axial beidseits in den Abschlußkappen 16.5 gehalten ist. eine Kühlkammer 22, die axial beidseits über in den Abschlußkappen 16.5 vorgesehene Ein- und Auslaßöffnungen 23.1, 23.2 mit dem Außenraum in Verbindung steht, wobei sich die Ein- und Auslaßöffnungen 23.1,23.2 jeweils über einen größeren Winkelumfang der Abschlußkappen 16.5 erstrecken, wie besonders F i g. 2 erkennen läßt. Ebenso wie das Anschlußgehäuse 16 selbst sind auch diese Ringwände 16.8, 16.9 mit den beiden axialen Abschlußkappen 16.5 feststehend. An der dem Anschlußgehäuse 16 zugewandten Stirnwand 1.6 des gegenüber dem feststehenden Anschlußgehäuse 16 rotierenden Zylindergehäuses 1 befindet sich ein entsprechend mitrotierendes Gebläserad 24, dessen in einem Ringkanal 40 umlaufende Gebläseflügel 24.1 so angeordnet und ausgebildet sind, daß sie durch öffnungen 25.1 eines den Ringkanal 40 abdeckenden Schutzgitters 25 einen Kühlluftstrom ansaugen, der durch die in den Abschlußkappen 16.5 vorgesehenen Einlaßöffnungen 23.1 in die Kühlkammer 22 einströmt und sie am anderen Ende durch die Auslaßöffnungen 23.2 verläßt, um die durch innere Ölreibung in der Spaltringdichtung entstehende Wärme durch Kovektion aus dem Öl und dem Anschlußgehäuse 16 abzuführen. Zwischen den Ringwänden 16.8, 16.9 können sich radiale Kühlrippen 26 befinden, um die Wärmeaustauschfläche für den Kühlluftstrom zu vergroßem. Das Anschlußgehäuse 16 bildet im Ergebnis ein in sich mit allen seinen Teilen gut wärmeleitendes Gebilde und dadurch eine Wärmetauscheinrichtung zwischen der Druckflüssigkeit und dem Kühlluftstrom.

Die Fig.3 läßt im einzelnen erkennen, daß die Verbindungskanäle 19.1, 19.2, 20.1, 20.2 mit den in F i g. i lediglich angedeuteten Rückschlagventilen 30 ausgestattet sind, die im Falle einer Störung in der Druckflüssigkeitsversorgung ein versehentliches Verschieben des Spannkolbens 4 und damit ein unbeabsich tigtes und unfallträchtiges Lösen der Spanneinrichtun; verhindern. Diese Rückschlagventile 30 besteher jeweils aus einem in einem Ventilkäfig 30.1, 30.: verschiebbar geführten kugelförmigen Ventilkörpe 31.1,31.2, der sich unter der Kraft einer Ventilfeder 32.1 32.2 gegen einen ihm zugeordneten Ventilsitz 33.1, 33.: anlegt. Zwischen beiden Ventilkörpern 31.1, 31.: befindet sich ein verschiebbar geführter Steuerkolber 34, der je nach Stellung den einen oder anderen de beiden Ventilkörper gegen den Druck ihrer Ventilfede vom Ventilsitz abheben kann. Strömt beispielsweisf durch den in F i g. 3 dargestellten Verbindungskanal 19.: Druckflüssigkeit zu, so verschiebt sie einerseits den ii der Fig. 3 linken Ventilkörper 31.2 gegen den Drucl seiner Ventilfeder 32.2 nach links und öffnet dadurcl den Ventilzugang zu dem Verbindungskanal 20.2, der zi dem in Fig. 1 hinteren Zylinderraum 3.2 führt Gleichzeitig verschiebt die durch den Verbindungskana 19.2 zuströmende Druckflüssigkeit den Steuerkolben 3· in F i g. 3 nach rechts, der somit auch den in Fig.: rechten Ventükörper 31.1 von seinem Ventilsitz 33.1 abhebt, so daß die Druckflüssigkeit aus dem in Fig.; gezeigten Verbindungskanal 20.1 in den mit 19.1 bezeichnete Verbindungskanal gelangen und damit au: dem in F i g. 1 vorderen Zylinderraum 3.1 entweicher kann. Der Spannkolben 4 bewegt sich somit nach vorn Wird die angenommene Strömungsrichtung der Druck flüssigkeit in den Verbindungskanälen umgekehrt, kehr sich entsprechend die Bewegungsrichtung des Spann kolbens 4 um. Fällt durch irgendeine Störung di« Druckflüssigkeitsversorgung aus, strömt also durch keinen der beiden Verbindungskanäle 19.1, 19.2 Druckflüssigkeit mehr zu, so schließen sich beide Rückschlagventile 30 unter dem Druck ihrer Ventilfedern 32.1, 32.2 und sperren dadurch die beider Zylinderräume 3.1, 3.2 ab, so daß der Spannkolben 4 keiner weiteren Verstellung mehr fähig ist. Bei einer Störung in der Druckflüssigkeitsversorgung kann sich daher der Spannkolben 4 nicht mehr in eine dem öffnen der Spanneinrichtung entsprechende Stellung verschie ben.

Der Führungsansatz 13 und die innere Ringwand 1.2 können, wie im Ausführungsbeispiel, gleichen lichten Innendurchmesser besitzen, wenn auch selbstverständlich die Möglichkeit besteht, daß der Innendurchmesser der inneren Ringwand 1.2 größer als der des Führungsansatzes 13 ist. Jedenfalls braucht der innere lichte Durchmesser des Führungsansatzes 13 nicht größer als der benötigte Durchgangsdurchmesser des Hohlspannzylinders zu sein, so daß sich für die Ringspaltdichtung ein optimal kleiner Ringdurchmesser und damit Ringumfang ergibt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

1 Patentansprüche:

1. Hydraulisch betätigter Hohlspannzylinder für Spanneinrichtungen an einer rotierenden Drehmaschinenspindel, bestehend aus einem an die Spindel anschließbaren Zylindergehäuse und einem in dessen Zylinderkammer axial verschiebbaren, an viin in der hohlen Spindel befindliches Zugglied, insbesondere Zugrohr, anschließbaren ringförmigen Spannkolben, wobei das Zylindergehäuse und der ringförmige Spannkolben mit der Spindel und ihrem Zugglied rotieren, sowie aus einem die äußere Zu- und Abfuhr der Druckflüssigkeit ermöglichenden feststehenden Anschlußgehäuse, das mit einer zylindrischen Innenbohrung, die mindestens eine Ringnut und eine darin mündende Druckflüssigkeitsleitung aufweist, koaxial zur Zylinderachse außen auf einem hohlzylindrischen Führungsansatz des Zylindergehäuses gelagert ist, der an die Ringnuten anschließende Verbindungskanäle zu den Zylinderräumen beidseits des ringförmigen Spannkolbens aufweist und zwischen sich und dem Anschlußgehäuse eine mit der Druckflüssigkeit gefüllte Ringspaltdichtung bildet, sowie ein durch das rotierende Zylindergehäuse angetriebenes Druck- oder Sauggebläse, das das Anschlußgehäuse, das Ein- und Auslaßöffnung besitzt, mit Luft kühlt, dadurch gekennzeichnet, daß das Anschlußgehäuse (16), das Kühlkammern (22) aufweist, innen von Luft durchströmt wird.

2. Spannzylinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Anschlußgehäuse (16) zwischen zwei stirnseitigen Abschlußkappen (16.5) zwei zueinander und zur Zylinderachse (12) koaxiale Ringwände (16.8, 16.9) aus gut wärmeleitendem Werkstoff aufweist, die zwischen sich die ringförmige Kühlkammer (22) bilden, wobei sich die Ein- und Auslaßöffnungen (23.1,23.3) in den Abschlußkappen (16.5) befinden und in Umfangsrichtung des Anschlußgehäuses verlängert sind.

3. Spannzylinder nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Einlaßöffnungen (23.1) an den Gebläseflügeln (24.1) gegenüberliegender Stelle der dem Zylindergehäuse (1) zugekehrten Abschlußkappe (16.5) des Anschiußgehäuses (16) befinden.

4. Spannzylinder nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die innere Ringwand (16.8) der Kühlkammer (22) einen Sammelraum (16.6) für die aus der Ringspaltdichtung (21) austretende Leck- vt druckflüssigkeit begrenzt.

5. Spannzylinder nach den Ansprüchen 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in der Kühlkammer (22) axial verlaufende, vorzugsweise mit der inneren Ringwand (16,8) in wärmeleitender Verbindung stehende Kühlrippen (26) angeordnet sind.