DE2847951A1

DE2847951A1 - Hydraulisch betaetigter hohlspannzylinder fuer spanneinrichtungen an einer rotierenden spindel

Info

Publication number: DE2847951A1
Application number: DE19782847951
Authority: DE
Inventors: Guenter Horst Roehm
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1978-11-04
Filing date: 1978-11-04
Publication date: 1980-05-14
Also published as: IT7968995A0; FR2440800B1; FR2440800A1; JPS5570508A; GB2034624A; CH640444A5; DE2847951C2; BR7906992A; IT1119395B

Description

PATENTANWALT DiPL.-PHYS. DR. HERMANN FAY

Günter Horst Röhm Heinrich-Röhm-Straße 50 7927 Sontheim

7900 Ulm, 26. Okt. 1978 Akte PG/4937 hö

Hydraulisch betätigter Hohlspannzylinder für Spanneinrichtungen an einer rotierenden Spindel

Die Erfindung betrifft einen hydraulisch betätigten Hohlspannzylinder für Spanneinrichtungen an einer rotierenden Spindel, insbesondere 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 Spannkolben, wobei das Zylindergehäuse und der 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 Innen-

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Adtmt: 7» Ulm/Don«o, Poitfach 120», Eiuln(entra8t 21

Telefon (0731) «4» U

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bohrung, 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 VerMndungskanäle zu den Zylinderräumen beidseits des Spannkolbens aufweist und zwischen sich und dem Anschlußgehäuse eine mit der Druckflüssigkeit gefüllte Ringspaltdichtung bildet.

Hohlspannzylinder dieser Art sind aus der DE-AS 1 018 696 bekannt und dienen insbesondere bei Werkzeugmaschinen zur Betätigung der an der Maschinenspindel sitzenden Spanneinrichtung bei der Bearbeitung von Stangenmaterial, das wegen seiner Länge einen freien zentralen Durchgang nicht nur in der Spanneinrichtung, sondern auch in der Spindel bzw. ihrem Zugglied und im Spannzylinder erfordert. Im Hohlspannzylinder 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

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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 Innenbohrung 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

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die Relativgeschwindigkeit zwischen den sich gegeneinander bewegenden Grenzflächen größer. Das führt dazu, daß bei hohen Umlaufgeschwindigkeiten das den Spannzylinder durchsetzende öl soweit erwärmt wird, daß es einer Kühlung bedarf, ehe es dem Spannzylinder wieder zugeführt wird. Ersichtlich wird dieses Problem um so kritischer, Je höher die Umlaufgeschwindigkeit wird. Es durch kleineren Ringdurchmesser der Spaltdichtung zu lösen ist aber bei den" bekannten Hohlspannzylindern nicht ohne weiteres möglich, weil das den Spannkolben führende und mit seinem Durchmesser auch den des Führungsansatzes bestimmende Rohrstück das Zugrohr aufnehmen muß, also jedenfalls im Durchmesser nicht kleiner als das Zugrohr selbst sein darf. Der lichte Durchmesser des Zugrohres aber ist durch die betrieblichen Erfordernisse, für die der Spannzylinder bestimmt, bzw. eingesetzt werden soll, vorgegeben. Der Ringdurchmesser der Spaltdichtung ist also bei den bekannten Hohlspannzylindern um mindestens die Wanddicken sowohl des Führungsansatzes als auch des Rohrstückes größer als der benötigte Radius des zentralen Durchganges.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen hydraulisch betätigten Hohlspannzylinder der eingangs genannten Art

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so auszubilden, daß bei vorgegebenem lichten Durchgangsdurchmesser der Ringdurchmesser und damit die Umfangslänge der Ringspaltdichtung möglichst klein gewählt werden können.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß die Zylinderkammer als Ringkammer zwischen einer äußeren Ringwand und einer inneren Ringwand des Zylindergehäuses ausgebildet und zwischen einer zur Futterachse koaxialen Innenbohrung der zum Anschluß an die Spindel eingerichteten Zylinderstirnwand und der inneren Ringwand ein Ringspalt freigelassen ist, durch den hindurch ein mit dem Spannkolben fest verbundener und ihn auf der inneren Ringwand führender Kragen greift, der gegen die Zylinderstirnwand abgedichtet und an seinem aus dem Ringspalt herausragenden Ende zum Anschluß an das Zugglied eingerichtet ist. Vorzugsweise ist die zum Anschluß an die Spindel eingerichtete ZyIInderstirnwand am Rande der äußeren Ringwand gehalten. Der Innendurchmesser der inneren Ringwand kann gleich oder größer als der des Führungsansatzes für das Anschlußgehäuse sein.

Der durch die Erfindung erreichte technische Fortschritt besteht im wesentlichen darin, daß bei dem erfindungsge-

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mäßen Hohlspannzylinder für den Spannkolben kein sich in den Führungsansatζ erstreckendes Führungsteil erforderlich ist. Die Führung des Spannkolbens erfolgt vielmehr mittels des fest mit dem Spannkolben verbundenen Kragens an der Außenseite der innenseitig die ringförmige Zylinderkammer abschließenden inneren Ringwand. Der freie Innenauerschnitt des Führungsansatzes steht daher für den Durchgang des Hohlspannfutters voll zur Verfugung und braucht nicht größer als der benötigte Durchgangsdurchmesser sein. Das ist mit einer entsprechenden Verkleinerung von Durchmesser und Umfang der Ringspaltdichtung verbunden. Im Umfang dieser Verkleinerung sinkt die Wärmeentstehung durch die innere ölreibung in der Ringspaltdichtung.

Im folgenden wird die Erfindung an einem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel näher erläutert; es zeigen:

Fig. 1 einen hydraulisch betätigten Hohlspannzylinder nach der Erfindung in einem Axialschnitt,

Fig. 2 einen Schnitt in Richtung II-II durch den Gegenstand nach Fig. 1,

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Fig. 3 einen Schnitt in Richtung III-III durch den Gegenstand nach Fig. 1.

In der Zeichnung ist der Hohlspannzylinder in einer senkrecht stehenden Stellung gezeigt, die nicht seiner tatsächlichen 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 ist es zum Anschluß an eine nicht dargestellte Maschinenspindel einer Drehmaschine eingerichtet. Im Zylindergehäuse 1 befindet sich eine Zylinderkammer 3, die als nach vorn zur Spindel hin offene Ringkammer in das Zylindergehäuse eingearbeitet ist, also zwischen einer äußeren Ringwand und einer inneren Rangwand 1.2 des Zylindergehäuses ausgebildet ist. Diese Zylinderkammer 3 ist spindelseitig durch einen am Rand der äußeren Ringwand 1.1 durch Schrauben gehaltenen ringförmigen Zylinderdeckel 1.4 abgeschlossen, der Gewindesacklöcher 1.5 trägt, an welchen der Anschluß der nicht dargestellten Maschinenspindel erfolgt. Der in der Zylinderkammer 3 axial verschiebbare Zylinderkolben 4, der in Fig. 1 in seiner hinteren Endstellung dargestellt ist, trägt an seiner Vorderseite einen fest mit ihm verbundenen Kragen 5, der den Kolben 4 auf der Außenfläche

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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 Zylinderdeckel 1.4 abgedichtet, so daß die in die Zylinderräume 3.1, 3.2 beidseits des Spannkolbens 4 eintretende Druckflüssigkeit nicht entweichen kann. Der aus dem Ringspalt 6 frei vorstehende Teil des Kragens 5 ist bei 10 mit einem Innengewinde zum Anschluß des sich in der nicht dargestellter» Maschinenspindel befindlichen und ebenfalls nicht dargestellten Spannrohres dient. Der Spannkolben 4 ist im übrigen durch Führungsstifte 11 gegen Verdrehungen in Bezug auf das Zylindergehäuse 1 gesichert.

An seinem rückwärtigen Ende trägt das Zylindergehäuse 1 einen zur Zylinderachse 12 koaxialen hohlzylindrischen Führungsansatz 13, dessen lichter Innenquerschnitt zusammen mit dem der inneren Ringwand 1.2 des ZyIindergehäuses 1 den Durchgang 14 des Hohlspannzylinders bildet.

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Dieser Führungsansatζ 13 nimmt zusammen mit dem Zylindergehäuse 1 und dem Kolben 4 an der Drehung der Spindel bzw. des Zugrohres teil. Auf der Außenseite des Führungsansatzes 13 ist über Wälzlager 15 ein feststehendes, also an der Drehung des Führungsansatzes 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 verlauf en 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 Zylinderräumen 3.1, 3.2 beidseits des Spannkolbens h. Zwischen dem Führungsansatz 13 und dem Anschlußgehäuse 16 befind*fc sich die mit der Druckflüssigkeit gefüllte Ringspaltdichtung, die einen Spalt 21 von nur wenigen Hundertstelmillimeter 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 Ende austretende Öl kann zum Teil unmittelbar durch in der Innenbohrung 16.1 des Anschlußgehäuses 16 befindliche Ringnuten 16.2 und daran anschließende Leitungen

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16.3 und zum anderen Teil nach Schmierung und Kühlung der Wälzlager 15 durch Ringkanäle 16.4, die sich in zwei 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 Kappen 16.5 begrenzte Ringwand 16.8 nach außen abgeschlossen. Diese Ringwand 16.8 bildet mit einer weiteren äußeren Ringwand 16.9, die ebenfalls axial beidseits an den Kappen 16.5 gehalten ist, eine Kühlkammer 22, die axial beidseits über in den Kappen 16.5 vorgesehene Öffnungen 23 mit dem Außenraum in Verbindung steht, wobei sich die Öffnungen 23 jeweils über einen größeren Winkelumfang der Kappen 16.5 erstrecken, wie besonders Fig. 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 des gegenüber dem feststehenden Anschlußgehäuse 16 rotierenden Zylindergehäuses 1 befindet sich ein entsprechend mitrotierendes Lüfterrad 24, dessen Lufterschaufeln 24.1 so angeordnet und ausgebildet sind, daß sie durch bei 25 angedeutete Öffnungen einen Kühlluftstrom ansaugen, der durch die in den Kappen 16.5 vorgesehenen öffnungen 23 die Kühl-

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kammer 22 durchströmt, um die durch innere Ölreibung in der Spaltringdichtung entstehende Wärme durch Konvektion aus dem Anschlußgehäuse 16 abzuführen. Zwischen den Ringwänden 16.8, 16.9 können sich radiale Rippen 26 befinden, um die Wärmeaustauschfläche für den Kühlluftstrom zu vergrößern.

Die Fig. 3 läßt im einzelnen erkennen, daß die Verbindungskanäle 19.1, 19.2, 20.1, 20.2 mit in Fig. 1 lediglich bei 30 angedeuteten Sicherheitsventilen ausgestattet sind, die im Falle einer Störung in der Druckflüssigkeitsversorgung ein versehentliches Verschieben des Spannkolbens 4 und damit ein unbeabsichtigtes und unfallträchtiges Lösen der Spanneinrichtung verhindern. Diese Sicherheitsventile bestehen jeweils aus einem in einem Ventilkäfig 30.1, 30.2 verschiebbar geführten kugelförmigen Ventilkörper 31.1, 31.2, der sich unter der Kraft einer Ventilfeder 32.1, 32.2 gegen einen ihm zugeordneten Ventilsitz 33.1, 33.2 anlegt. Zwischen beiden Ventilkörpern 31.1, 31.2 befindet sich ein verschiebbar geführter Steuerkolben 34, der je nach Stellung den einen oder anderen der beiden Ventilkörper gegen den Druck ihrer Ventilfeder vom Ventilsitz abheben kann. Strömt beispielsweise durch den in Fig. 3 mit 19.2 bezeichnete Verbindungskanal Druckflüssigkeit zu, so verschiebt sie einerseits den in der Fig. 3 linken Ventilkörper 31.2

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gegen den Druck seiner Ventilfeder 32.2 nach links und öffnet dadurch den Ventilzugang zu dem mit 20.2 bezeichneten Verbindungskanal, der zu dem in Fig. 1 mit 3-2 bezeichneten hinteren Zylinderraum führt. Gleichzeitig verschiebt die durch den Verbindungskanal 19.2 zuströmende Druckflüssigkeit den Steuerkolben 34 in Fig. 3 nach rechts, der somit auch den in Fig. 3 rechten Ventilkörper 31.1 von seinem Ventilsitz 33.1 abhebt, so daß die Druckflüssigkeit aus dem in Fig. 3 mit 20.1 bezeichneten Verbindungskanal in den mit 19.1 bezeichnete Verbindungskanal gelangen und damit aus dem in Fig. 1 vorderen Zylinderraum 3.1 entweichen kann. Der Spannkolben 4 bewegt sich ^omit nach vorn. Wird die angenommene Strömungsrichtung der Druckflüssigkeit in den Verbindungskanälen umgekehrt, kehrt sich entsprechend die Bewegungsrichtung des Spannkolbens um. Fällt durch irgendeine Störung die Druckflüssigkeitsversorgung aus, strömt also durch keinen der beiden Verbindungskanäle 19.1, 19.2 Druckflüssigkeit mehr zu, so schließen sich beide Sicherheitsventile unter dem Druck ihrer Ventilfedern 32.1, 32.2 und sperren dadurch die beiden 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

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eine dem öffnen der Spanneinrichtung entsprechende Stellung verschieben.

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.

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Leerseite

Claims

Ansprüche

( 1. Hydraulisch betätigter Hohlspannzylinder für Spanneinrichtungen an einer rotierenden Spindel, insbesondere 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 Spannkolben, wobei das Zylindergehäuse und der 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

Adreiie: 79 Ulm/Doiuu, Poitfadi 1209, Enilngtrftraße 21

Telefon (0731) «494«

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Telegramme Proipat Ulmdonan

Poitsdiedckonto Stuttgart 73231

Bankkonto

Deutidie Bank AG Ulm IM 671

ORIGINAL INSPECTED

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Zylinderachse außen auf einem hohlzylindrischen Führungsansatz des Zylindergehäuses gelagert ist, der an die Ringnuten anschließende Verbindungskanäle zu den Zylinderräumen beidseits des Spannkolbens aufweist und zwischen sich und dem Anschlußgehäuse eine mit der Druckflüssigkeit gefüllte Ringspaltdichtung bildet, dadurch gekennzeichnet, daß die Zylinderkammer (3) als Ringkammer zwischen einer äußeren Ringwand (1.1) und einer inneren Ringwand (1.2) des Zylindergehäuses (1) ausgebildet und zwischen einer zur Futterachse (12) koaxialen Innenbohrung (7) der zum Anschluß an die Spindel eingerichteten Zylinderstirnwand (1.4) und der inneren Ringwand (1.2) ein Ringspalt (6) freigelassen ist, durch den hindurch ein mit dem Spannkolben (4) fest verbundener und ihn auf der inneren Ringwand (1.2) führender Kragen (5) greift, der gegen die Zylinderstirnwand (1.4) abgedichtet und an seinem aus dem Ringspalt (6) herausragenden Ende zum Anschluß an das Zugglied (bei 10) eingerichtet ist.
2. Spannzylinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zum Anschluß an die Spindel eingerichtete Zylinderstirnwand (1.4) am Rand der äußeren Ringwand (1.1) gehalten ist.

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3. Spannzylinder nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Innendurchmesser der inneren Ringwand (1.2) gleich oder größer als der des Führungsansatzes (13) für das Anschlußgehäuse (16) ist.

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