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Beschreibung:
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Die Erfindung bezieht sich auf ein Spannelement, insbesondere zum
Festspannen von Werkstücken oder Werkzeugen auf Werkzeugmaschinen, mit einer starken,
einen kleinen Federweg ausführenden, vorzugsweise als Paket aus Tellerfedern ausgebildeten
Spannfeder, die zur Erzeugung der Spannkraft auf eine starre Spannstange einwirkt
und mit einem Hydraulikzylinder, in den ein mit der Spannstange verbundener Hauptkolben
dichtend eingreift, an dem die Spannfeder derart abgestützt ist, daß sie durch Einleiten
von Druckflüssigkeit in den Hydraulikzylinder zusammendrückbar ist.
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Spannelemente, bei denen die Spannkraft durch eine Feder und nur die
Lösekraft hydraulisch erzeugt wird, haben den Vorteil, daß die Spannkraft auch dann
erhalten bleibt, wenn der hydraulische Druck wegfällt. Es gibt auch viele Einsatzfälle
für Spannelemente, denen rein hydraulisch arbeitende Spannelemente nicht gewachsen
sind, beispielsweise dann, wenn eine relativ hohe Umgebungstemperatur herrscht,
wie z.B. an Schmiedepressen. Wenn es also auf besonders große Sicherheit ankommt
und/oder wenn die Umgebungsverhältnisse rein hydraulisch arbeitende Spannelemente
nicht zulassen, werden mit Federkraft arbeitende Spannelemente eingesetzt. Im Vergleich
zu einem Spannelement, bei dem die Spannkraft hydraulisch erzeugt wird, ha-
ben
Spannelemente der eingangs genannten Art den Nachteil, daß der mögliche Bewegungsweg
der Spannstange klein ist, da bei dem im allgemeinen zur Verfügung stehenden Einbauraum
die nötige Spannkraft nur erreicht werden kann, wenn sehr steife Federn verwendet
werden, z.B. ein Paket aus Tellerfedern. Der erreichbare Federweg von nur wenigen
Millimetern beschränkt die Einsatzmöglichkeiten von Spannelementen mit Spannfeder,
da bei vielen Spannaufgaben größere Wege erforderlich sind, z.B. dann, wenn die
Spannstange vollständig in einen Tisch eingezogen werden können soll.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Spannelement der eingangs
genannten Art so auszubilden, daß die Spannstange unter hydraulischer Betätigung
Wege ausführen kann, die wesentlich größer sind als der mögliche Federweg der Spannfeder.
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Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß die Spannstange
relativ zum Hauptkolben bewegbar ist und ihrerseits einen Nebenkolben bildet oder
einen Nebenkolben trägt, der in eine im Hauptkolben angeordnete Bohrung dichtend
eingreift, die mit dem Hydraulikzylinder kommuniziert, daß auf die Spannstange eine
relativ zur Spannfeder schwache und einen relativ zum Federweg der Spannfeder großen
Federweg ausführende Nebenfeder einwirkt, die die Spannstange in der gleichen Richtung
zu bewegen versucht wie die Spannfeder und daß innerhalb des Hauptkolbens ein starrer
Anschlag für die Spannstange angeordnet ist, an dem die Spannstange nach Druckbeaufschlagung
des Hydraulikzylinders und Zurücklegung einer bestimmten Wegstrecke zur Anlage kommt.
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Bei dem erfindungsgemäßen Spannelement kann die Spannstange relativ
zum Hauptkolben einen großen Weg zurücklegen, wobei die hydraulische Kraft eine
nur schwache Federkaft überwinden muß. Die Federkraft kann so schwach sein, daß
sie
eben genügt, um Reibungswiderstände zu überwinden.
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Die Spannstange kann deshalb vor der Zusammendrückung der Spannfeder
um ein großes Stück aus dem Spannelement herausbewegt werden. Erst wenn die Spannstange
an dem Anschlag zur Anlage gekommen ist, wird unter erheblicher Steigerung des hydraulischen
Druckes die Spannfeder zusammengedrückt. Das festzuspannende Werkzeug oder dergleichen
kann nun unter die Spannfläche der Spannstange bewegt werden, wobei jedoch nur ein
kleiner Abstand zwischen der Spannfläche an der Spannstange und der damit zusammenwirkenden
Fläche am zu spannenden Teil besteht. Wenn nun der hydraulische Druck reduziert
wird, drückt die Spannfeder die Spannfläche an das festzuspannende Stück. Durch
die Erfindung sind mit Federkraft spannende Spannelemente auch dort brauchbar geworden,
wo große Hübe der Spannstange unumgänglich sind.
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Eine besonders vorteilhafte Anordnung für die Nebenfeder und den Anschlag
sind im Anspruch 2 angegeben. Es sind jedoch auch andere Konstruktionen denkbar,
bei denen die Anschlagfläche an der Spannstange und die Abstützfläche für die Nebenfeder
voneinander getrennt sind. Wenn der Anschlag an der Spannstange durch eine auf diese
aufgeschraubte Mutter gebildet ist (Anspruch 3), kann die Anschlagfläche an der
Spannstange verstellt werden, was eine genaue Einjustierung des Weges der Spannstange
relativ zum Hauptkolben ermöglicht. Man kann jedoch eine solche Abstimmung auch
mit anderen Mitteln erreichen, z.B. mit Unterlegscheiben.
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Die Verwendung einer Schraubendruckfeder gemäß Anspruch 4 als Nebenfeder
läßt sich baulich leicht unterbringen, da ihr Außendurchmesser nur wenig größer
ist als der Durchmesser der Spannstange.
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Eine besonders vorteilhaft konstruktive Ausführung ist im Anspruch
5 angegeben. Durch die dort beschriebene Anord-
nung der Dichtung
für die Spannstange erreicht man eine große Einbaulänge für die Nebenfeder, so daß
sich ohne Schwierigkeiten die gewünschte Länge des Federweges der Nebenfeder erreichen
läßt.
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Im Anspruch 6 ist eine Kombination des Spannelementes mit einer speziellen
Schloßplatte beschrieben. Diese Schloßplatte wird am aufzuspannenden Teil, z.B.
einem Schmiedegesenk, befestigt. Beim Einführen des Spannkopfes der Spannstange
durch den schlüssellochförmigen Durchbruch muß ein verhältnismäßig großer Hub der
Spannstange zurückgelegt werden. Die Zurücklegung eines so großen Hubes durch Zusammendrückung
der Hauptfeder ist praktisch nicht möglich. Mit dem erfindungsgemäßen Spannelement
jedoch kann eine so große Bewegung der Spannstange relativ zum Hauptkolben ausgeführt
werden, daß das Einführen möglich ist. Durch die Anordnung einer Vertiefung gemäß
Anspruch 7 erreicht man, daß der Beschädigungen ausgesetzte Teil der Spannstange
nicht in den Bereich der Dichtungen gelangt und so die Gefahr vermieden wird, daß
die Abdichtung der Spannstange leidet.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.
Es zeigen: Fig. 1 einen diametralen Längsschnitt durch ein Spannelement entsprechend
der Linie I-I in Fig. 2, wobei jedoch eine zugeordnete Spannplatte nicht diametral
geschnitten ist und Fig. 2 eine Draufsicht entsprechend der Linie II-II in Fig.
1.
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Das ingesamt mit S bezeichnete Spannelement ist in einen Tisch T einer
Schmiedepresse eingebaut. Das Spannelement dient zum Festspannen eines Schmiedegesenkes
G. Am Schmiedegesenk sind zu diesem Zweck Schloßplatten eingelassen,
die
als Bestandteile des Spannelementes S aufgefaßt werden können. Die dem gezeichneten
Spannelement zugeordnete Schloßplatte ist mit P bezeichnet.
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Das Spannelement S hat ein Gehäuse 1, das in einer Bohrung 2 des Tisches
T aufgenommen ist. Das Gehäuse hat einen Befestigungsflansch 3, der von in den Tisch
T eingeschraubten Befestigungsschrauben 4 durchgriffen ist.
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Im Gehäuse 1 ist ein Hauptkolben 5 angeordnet, der aus dem eigentlichen
Kolbenteil 5a und einem im Vergleich damit sehr langen Ansatz 5b besteht, den man
auch als Kolbenstange bezeichnen kann. Der Kolbenteil 5a greift in eine kurze zylindrische
Bohrung 6 ein und ist gegenüber der Bohrungswand mit Dichtungen 7 abgedichtet. Unterhalb
der Bohrung 6 befindet sich ein Raum 34, der in den Boden 1a des Gehäuses eingelassen
ist. In den Raum 34 mündet eine Bohrung 35, die mit einer Drucköl-Zuführungsleitung
36 kommuniziert.
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Auf der Oberseite 8 des Kolbens 5a stützt sich eine kräftige, insgesamt
mit 9 bezeichnete Feder ab, die aus einem Paket aus vielen einzelnen Tellerfedern
10 besteht. Das obere Ende der Spannfeder 9, die sehr große Kräfte ausüben kann,
jedoch einen nur kleinen Federweg zuläßt, stützt sich über eine Zwischenscheibe
11 an einem Ring 12 ab, der in das Gehäuse 1 mittels eines Gewindes 13 eingeschraubt
ist. Die Feder 9 kann sich nur so weit ausdehnen, bis der Kolben 5 auf dem Boden
14 der Bohrung 6 zur Anlage gekommen ist.
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Der Ring 12 hat eine Führungsbohrung 15, in die der Ansatz Sb des
Hauptkolbens 5 mit Gleitsitz eingreift. Der Kolben 5 ist also nicht nur in der Bohrung
6 geführt, sondern auch in der Bohrung 15, so daß Verklemmungen durch Schrägstellen
des Kolbens nicht zu befürchten sind.
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Im Hauptkolben 5 ist eine insgesamt mit 16 bezeichnete Spannstange
verschiebbar gelagert. Zu diesem Zweck greift die Spannstange 16 mit Gleitsitz in
ein Bohrung 17 ein,
die sich im Ansatz 5b des Hauptkolbens befindet.
Am oberen Ende der Führungsbohrung 17 befinden sich Dichtungen 18, die dichtend
an der Spannstange und am Kolbenansatz 5b anliegen. Die Dichtungen sind in Nuten
in der Bohrungswand 17 aufgenommen.
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Die Führungsbohrung 17 geht über eine Schulter 19 in eine Bohrung
20 über, die einen größeren Durchmesser hat als die Führungsbohrung 17. Der Raum
zwischen Spannstange und Wand der Bohrung 20 dient als Aufnahmeraum für eine Nebenfeder
21. Diese liegt mit ihrem oberen Ende an der Schulter 19 und mit ihrem unteren Ende
an der oberen Stirnfläche 22a einer Mutter 22, die auf ein Gewinde 23 am unteren
Ende der Spannstange 16 aufgeschraubt ist.
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Die Mutter 22 befindet sich in einer Bohrung 24, die über eine Schulter
25 in die im Durchmesser kleinere Bohrung 20 übergeht. Die Schulter 25 dient zugleich
als Anschlag für die Oberseite 22a der Mutter 22.
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Am oberen Ende der Spannstange 16 befindet sich ein Spannkopf 26,
der einen zylindrischen Teil 26a und einen konischen Teil 26b aufweist. Dieser Spannkopf
wirkt mit der Schloßplatte P zusammen, deren Beschaffenheit nachfolgend betrachtet
wird.
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Die Schloßplatte P ist in einer zylindrischen Ausnehmung 27 des Schmiedegesenkes
G untergebracht. Die Schloßplatte hat einen insgesamt mit 28 bezeichneten schlüssellochförmigen
Durchbruch, der aus einem kreisrunden Teil 29 und einem schmalen Teil 30 besteht.
Die Schlüssellochform durchsetzt jedoch nicht die gesamte Dicke der Schloßplatte,
sondern reicht nur über die Höhe h (siehe Fig. 1). Oberhalb des schlüssellochförmigen
Durchbruches 28, der auch als Einführbereich bezeichnet werden kann, befindet sich
ein Untergreifungsbereich 31, der eine Breite aufweist,
die gleich
dem Durchmesser D des weiten Teiles 29 des schlüssellochförmigen Durchbruches 28
ist, so daß oberhalb des schmalen Bereiches 30 des schlüssellochförmigen Durchbruches
28 Anlageschultern 32 bestehen. Die Schloßplatte ist mit insgesamt acht Befestigungsschrauben
33 die die Schloßplatte P durchgreifen und in das Schmiedegesenk G eingeschraubt
sind, an diesem befestigt. Wie Fig.2 zeigt, sind die Schrauben im Bereich des schmalen
Teiles 30 der Schloßplatte konzentriert, weil dort die Spannkräfte hauptsächlich
übertragen werden.
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Am oberen Ende des Kolbenansatzes 5b befindet sich eine Vertiefung
38, deren Durchmesser größer als der Durchmesser der Spannstange 16 und deren Tiefe
etwa gleich der Höhe h des Einführbereiches 28 der Schloßplatte P ist.
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Das Spannelement arbeitet wie folgt. Gezeichnet ist der Zustand, in
dem das Schmiedegesenk G auf dem Tisch T festgespannt ist. In dieser Spannstellung
liegt die Unterfläche 26c des Spannkopfes 26 auf den Auflageschultern 32 auf. Die
Auflagekraft wird durch die Spannfeder 9 erzeugt, die den Kolben 5 nach unten drückt.
Die Spannkräfte werden vom Kolben 5 über die Schulter 25 auf die Mutter 22 übertragen
und von da auf die Spannstange 16. Die Nebenfeder 21 ist in der Spannstellung maximal
zusammengedrückt. Der Raum 34 ist drucklos oder steht allenfalls unter niedrigem
Druck.
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Wenn das Spannelement gelöst werden soll, wird über die Leitung 36
Drucköl eingeleitet. Das Drucköl wirkt auf den Hauptkolben 5, und zwar über den
gesamten Querschnitt des Kolbenteiles 5a. Der Öldruck wird so weit gesteigert (z.B.
auf ca. 200 bar), bis die Kolbenkraft die Kraft der Spannfeder 9 überwindet. Dadurch
wird der Kolben samt der Spannstange in die obere strichpunktierte Stellung angehoben.
Die Unterfläche 26c des Spannkopfes ist nun von den Auflageschultern 32 abgehoben.
Der hydraulische Druck wirkt auch auf die Spannstange 16 ein, und zwar mit einer
Kraft, die sich aus dem Querschnitt der Spannstange und dem hydraulischen Druck
ergibt. Diese Kraft ist sehr viel größer als
die entgegenwirkende
Kraft der Nebenfeder 21. Wenn die Spannstange in die obere strichpunktierte Lage
angehoben wird, kann das Schmiedegesenk G in eine Lage verschoben werden, in der
sich der Spannkopf 26 im Bereich 29 des schlüssellochförmigen Durchbruches 28 der
Schloßplatte P befindet.
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Wenn nun der Druck im Raum 34 abgebaut wird, entspannt sich zunächst
die Feder 9 so weit, bis der Kolben 5 auf dem Boden 14 der Zylinderbohrung 6 aufliegt.
Diese Stellung darf jedoch in der Spannstellung nicht erreicht werden, weil sonst
der Spannkopf nicht an die Anlageschultern 32 angedrückt würde. Bei weiterem Abbau
des Druckes überwindet schließlich die Nebenfeder 21 die hydraulisch erzeugte Kraft
und bewegt die Spannstange 16 in die untere strichpunktierte Stellung. In dieser
Stellung befindet sich die obere Stirnfläche 26d des Spannkopfes 26 in der Ebene
der Oberfläche 37 des Tisches T oder ein wenig darunter und die Unterfläche 26c
des Spannkopfes 26 liegt auf der oberen Stirnfläche 5c des Kolbens 5 auf. Diese
Stirnfläche liegt so weit zurück, daß der Spannkopf so weit wie beschrieben, zurückgezogen
werden kann. Das Schmiedegesenk G kann nun über die Tischfläche 37 bewegt werden.
In der voll eingezogenen Stellung der Spannstange 16 liegt derjenige Spannstangenteil
innerhalb der Vertiefung 38, der in der Spannstellung über die Tischfläche 37 vorragt
und vor allem während des nachfolgend beschriebenen Auf spannens eines anderen Werkzeuges
der Gefahr von Beschädigungen ausgesetzt ist.
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Wenn ein neues Schmiedegesenk G gespannt werden soll, wird dieses
durch Verschieben auf der Tischfläche 37 so ausgerichtet, daß die Spannköpfe 26
etwa unter die Durchbrüche 29 der Schloßplatten (an einem Schmiedegesenk G befinden
sich mehrere Schloßplatten, im allgemeinen wenigstens vier Schloßplatten) zu liegen
kommen. Nun wird über die Leitung 36 hydraulischer Druck eingegeben, wobei zunächst
unter Überwindung der Kraft der Nebenfeder 21 die Spannstange 16 relativ zum Kolben
5 nach oben bewegt wird.
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Hierbei dringt zunächst der konische Teil 26b in die Offnung 29 ein.
Dieses Eindringen ist auch dann möglich, wenn das Gesenk G nicht exakt ausgerichtet
wurde. Nachdem die Mutter 22 an der Schulter 25 zur Anlage gekommen ist, muß der
hydraulische Druck erheblich gesteigert werden, um auch die Spannfeder 9 zusammendrücken
zu können. Nach dem Zusammendrücken der Spannfeder ist wieder die obere strichpunktierte
Stelle erreicht. Das Gesenk G wird nun so parallel zu den Bereichen 30 der schlüssellochförmigen
Durchbrüche 28 verschoben, daß die Stellung nach Fig. 2 erreicht ist. Danach wird
die Druckbeaufschlagung des Raumes 34 abgebaut, so daß sich die Feder 9 so weit
entspannen kann, bis der Spannkopf 26 auf die Schultern 32 drückt. Der hydraulische
Druck wird danach vollständig oder bis auf einen kleinen Restdruck beseitigt.
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Die Erfindung wurde an einem Ausführungsbeispiel erläutert, bei dem
der Nebenkolben durch die Spannstange 16 selber gebildet ist. Es sind jedoch auch
Ausführungen möglich, bei denen der Nebenkolben einen anderen Durchmesser hat als
die Spannstange.
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L e e r s e i t e