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Die Erfindung betrifft einen strömungsmittelbetätigten Schwenkspanner, mit einem Gehäuse, das eine Zylinderbohrung enthält, in der ein Kolben verschiebbar geführt ist, mit einem in Richtung der Zylinderbohrung verschiebbaren und um seine Längsachse schwenkbaren Spannbolzen, der im äußeren Endbereich des Gehäuses in diesem seitlich geführt ist und dessen innerer Endbereich einen kleineren Außendurchmesser aufweist als der im äußeren Endbereich des Gehäuses geführte Teil des Spannbolzens, wobei zu der Zylinderbohrung mindestens auf einer Seite des Kolbens ein Strömungsmittelkanal führt, der mit einem zugeordneten Anschluß des Gehäuses in Verbindung ist, wobei der Kolben den Spannbolzen ringartig umgibt und eine Schrägführung an einem Teil der Außenfläche des Spannbolzens angeordnet ist und mit einem am Kolben angeordneten Gegenstück der Schrägführung in Eingriff ist, wobei am Spannbolzen eine Anschlagfläche vorgesehen ist, die sich in der Bewegungsbahn einer Gegenfläche des Kolbens befindet, und in der Ruhestellung ein Abstand zwischen der Anschlagfläche und der Gegenfläche besteht, mit einer zwischen dem Gehäuse und dem Spannbolzen angeordneten, Drehbewegungen und Verschiebebewegungen des Spannbolzens zulassenden Dichtung. Bei einem derartigen aus der DE-OS 24 55 079 bekannten Schwenkspanner ist beim Spannvorgang nach dem Abschluß der Schwenkbewegung die wirksame Kolbenfläche, die unter Berücksichtigung des Drucks des Strömungsmittels die durch den Schwenkspanner ausübbare Kraft bestimmt, kleiner als die obere Kolbenfläche, weil der in einer Bohrung der oberen Gehäusewand auf einer Länge dieser Bohrung, die der Dicke der Gehäusewand entspricht, geführte dicke Teil des Spannbolzens einen größeren Außendurchmesser aufweist als der im Bereich des Kolbens angeordnete dünnere Bereich des Spannbolzens, und dieser dickere Teil des Spannbolzens steht während des Spannvorganges unter dem Druck des Strömungsmittels.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Schwenkspanner der eingangs geschilderten Art zu schaffen, bei dem unter weitgehender Beibehaltung der äußeren Größtmaße, insbesondere unter Beibehaltung des Außendurchmessers des Kolbens, die Spannkraft vergrößert werden kann.
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Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Dichtung an dem Abschnitt des Spannbolzens mit verringertem Durchmesser anliegt.
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Der Vorteil der Erfindung liegt darin, daß nun die gesamte Fläche des Kolbens strömungstechnisch als Kolbenfläche wirksam ist und keine Verringerung der wirksamen Kolbenfläche durch den dickeren Teil des Spannbolzens eintritt. Die Erfindung läßt sich besonders dann günstig anwenden, wenn aus irgendwelchen Gründen der bei bekannten Schwenkspannern angewendete Druck des Strömungsmittels nicht angewendet werden kann oder angewendet werden soll.
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Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß in eine konzentrisch zu der Achse des Spannbolzens verlaufende Bohrung des Gehäuses eine kreisringförmige Scheibe eingesetzt ist, die an ihrer Innenseite die Dichtung aufweist, und daß die Scheibe abgedichtet in der Bohrung befestigt ist. Hierbei ist von Vorteil, daß sie eine einfache betriebssichere Möglichkeit schafft, die Dichtung unterzubringen.
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Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. Es zeigt
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Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Schwenkspanner,
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Fig. 2 eine Draufsicht auf den Schwenkspanner bei abgebrochenem Spannbolzen,
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Fig. 3 eine stark verkleinerte Seitenansicht des gesamten Schwenkspanners mit Schwenkarm.
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Fig. 1 zeigt im Längsschnitt ein Gehäuse 301, das auf dem überwiegenden Teil seiner Höhe im wesentlichen kreiszylindrisch ist und dort ein Außengewinde 302 trägt, damit der Schwenkspanner in eine entsprechend bemessene Gewindebohrung eines Werkzeugmaschinentisches eingeschraubt werden kann. Das Gehäuse 301 trägt in seinem obersten Bereich einen gegenüber den übrigen Teilen im Außendurchmesser größeren im wesentlichen kreiszylindrischen Abschnitt 303, der eine relativ geringe Höhe hat. In diesem Abschnitt 303 sind zwei Schraubanschlüsse vorgesehen, um Druckmittelleitungen für den hydrauisch betätigten Schwenkspanner anzuschließen. Einem hier als Spannanschluß 304 bezeichneten Anschluß wird zum Ausführen des Spannvorganges das Strömungsmittel unter Druck zugeführt, und einem hier als Enspannungsschluß 306 bezeichneten Anschluß wird das Strömungsmittel zum Ausführen des Entspannvorganges zugeführt. Aus Gründen der Zeichnungsvereinfachung sind diese beiden Anschlüsse 304 und 306 in Fig. 1 einander diametral gegenüberliegend gezeichnet. Beim tatsächlich ausgeführten Ausführungsbeispiel liegen diese Anschlüsse jedoch nur um einen Winkel von etwa 45° zueinander versetzt, wie die Draufsicht der Fig. 2 zeigt.
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Das Gehäuse 301 enthält eine von oben eingebrachte Zylinderbohrung 310, die etwa auf halber Höhe des zylindrischen Teils des Gehäuses 301 in eine Zylinderbohrung 311 mit etwas geringerem Durchmesser übergeht. In den Zylinderbohrungen 310 und 311 ist ein im wesentlichen rohrförmiger Kolben 312 verschiebbar geführt. Den unterschiedlichen Durchmessern der Bohrungen 310 und 311 entsprechend hat der Kolben 312 etwa in seinem oberen Drittel einen gegenüber dem unteren Teil größeren Außendurchmesser.
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Der kreiszylindrische Spannbolzen 316 des Schwenkspanners weist im Innern des Gehäuses 301 einen im Querschnitt ebenfalls runden Abschnitt 318 mit verringertem Durchmesser auf. Am Übergang zwischen dem Abschnitt 318 und dem übrigen Teil des Spannbolzens 316 ist eine ringförmige Schulter 317. Die untere Hälfte des Abschnittes 318 weist eine nach unten offene zentrale Bohrung 321 auf. In die offene Bodenseite des Gehäuses 301 ist ein Bodenstück 322 eingeschraubt, das eine senkrecht stehende ringförmige Seitenwand 324 aufweist, in deren Außenbereich das für die Schraubverbindung mit dem Gehäuse 301 erforderliche Gewinde angeordnet ist. Das Bodenstück 322 trägt zentrisch auf seiner zum Inneren des Gehäuses 301 weisenden Oberseite einen Bolzen 326, der mit einem kreiszylindrischen Abschnitt 327 in die Bohrung 321 eingreift. Im unteren Endbereich des Abschnittes 318 ist an dessen Außenseite ein Metallteil 328 starr befestigt, das etwa topfförmig mit zentrisch durchbohrtem Boden 329 ist. Die Seitenwände des topfförmigen Teils 328 weisen ein Außengewinde 347 auf, das mit einem Innengewinde 356 im unteren Endbereich des Kolbens 312 in Eingriff ist. Durch die Öffnung des Bodens 329 des topfförmigen Teils 328 ragt der Bolzen 326 hindurch. Dieser Boden 329 weist eine nach oben weisende konkave Ausdrehung 330 auf, in die mehrere Kugeln 331 eingelegt sind, die sich in der gezeigten Ruhestellung des Schwenkspanners an einer rotationssymmetrischen konkaven Gegenfläche 332 des Bolzens 326 abstützen. Auf diese Weise bildet die Fläche 332 einen Anschlag, der die Bewegung des Spannbolzens 316 nach oben begrenzt. Die Kugeln 331 können erst dann an ihren Platz gebracht werden, wenn der Abschnitt 327 in die Bohrung 321 eingeführt ist. Hierzu dient eine durch einen Verschlußstopfen 333 nach dem Einführen der Kugeln 331 verschlossene, in Fig. 1 waagerecht verlaufende Bohrung.
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Die Oberseite 358 des Außengewindes 347 bildet eine Anschlagfläche, an der eine Gegenfläche 360 des Kolbens 312 zur Anlage kommen kann.
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Die obere Stirnfläche der Seitenwand 324 verläuft parallel zur ebenen Unterseite des Bodenteils 322, mit Ausnahme einer muldenförmigen Vertiefung 325, in die ein unten abgerundeter Bolzen 380 eingreift, der in einem nach außen ragenden Flansch 379 einer Führungsbuchse 381 befestigt ist, die durch die zylindrische Innenfläche der Seitenwand 324 geführt wird. Die Führungshülse 381 wird durch eine Feder 372 nach unten gepreßt. In die kreiszylindrische Innenfläche 382 der Führungsbuchse 381 ist an einer Stelle eine in Längsrichtung des Gehäuses 301 verlaufende Nut 383 eingebracht, in die ein Bolzen 384 eingreift, der an dem Kolben 312 befestigt ist. Durch die zuletzt beschriebene Anordnung ist der Kolben 312 so geführt, daß er nur in Längsrichtung des Gehäuses 301 verschiebbar ist, sich jedoch nicht drehen kann, solange das auf ihn einwirkende Drehmoment einen vorbestimmten Wert unterschreitet. Beim Überschreiten dieses Wertes gleitet der Bolzen 380 entgegen der Kraft der Feder 372 aus der muldenförmigen Vertiefung 325 heraus, wobei sich die Führungsbuchse 381 etwas anhebt. Auf diese Weise ist der Schwenkspanner durch eine ähnlich einer Rutschkupplung wirkende Vorrichtung gegen Zerstörung geschützt.
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Im oberen Endbereich des Abschnittes 327 des Bolzens 326 ist eine rings umlaufende konkave Stützfläche 408 vorhanden, auf der sich mehrere Kugeln 404 abstützen, die in Bohrungen 402 des hier rohrförmigen Endbereichs des Abschnitts 318 eingesetzt sind. Der Kolben 312 weist in der dargestellten Stellung im Abstand oberhalb der Bohrung 402 eine ringförmige Nut 410 auf.
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Die geschilderte Anordnung hat zur Folge, daß dann, wenn der Kolben 312 durch Zufuhr von Strömungsmittel zum Spannanschluß 304 nach unten bewegt wird, sich der Spannbolzen 316 zunächst nur dreht, ohne sich jedoch in seiner Längsrichtung zu bewegen. Sobald die Nut 410 in den Bereich der Kugeln 402 gekommen ist, werden die Kugeln 404 radial nach außen bewegt, es kommt dann auch die Gegenfläche 360 an der Anschlagfläche 358 zur Anlage, und nun bewegt sich der Spannbolzen 316 linear nach unten, ohne noch eine Drehbewegung auszuführen. Die untere Endstellung ist dadurch definiert, daß die Kugeln 331 an einer der Gegenfläche 332 ähnlichen Stützfläche 412 nahe dem unteren Ende des Bolzens 326 zur Anlage kommen, wobei sich die untere Stirnfläche des Abschnittes 318 an den Kugeln 331 abstützt. Der Drehwinkel des Spannbolzens und des Spannarms beträgt 90°.
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Wird dem Entspannanschluß 306 Strömungsmittel, vorzugsweise Hydrauliköl, zugeführt, so wirkt dieses auf die relativ schmale ringförmige Kolbenfläche 319 im oberen Drittel des Kolbens 312 ein, deren Breite der Hälfte des Unterschieds der beiden obengenannten Durchmesser des Kolbens 312 entspricht. Bei der Aufwärtsbewegung des Kolbens 312 wird zunächst der Spannbolzen 316 linear nach oben bewegt, bis die Kugeln 331 an der Gegenfläche 332 zur Anlage kommen. Dann dreht sich der Spannbolzen 316 bei der weiteren Aufwärtsbewegung des Kolbens 312, wobei die Kugeln 331 für eine reibungsarme Drehbewegung sorgen.
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Damit das dem Spannanschluß 304 zugeführte Druckmittel nicht nach oben aus dem Gehäuse 301 entweichen kann, ist in der in Fig. 1 gezeigten Stellung unmittelbar anliegend an die Oberseite des Kolbens 312 eine Dichtscheibe 420 aus Metall angeordnet, die in einer an ihren Außendurchmesser angepaßten Bohrung 402 des Gehäuses 301 sitzt, deren Durchmesser etwas größer ist als der Durchmesser der Zylinderbohrung 310. Die Dichtscheibe 420 weist an ihrer zylindrischen Außenfläche und Innenfläche jeweils eine Nut 424 bzw. 426 auf, in die jeweils eine Dichtung 427 bzw. 428 eingesetzt ist. Der Abschnitt 318 des Spannbolzens 316 geht mit Gleitsitz durch die zentrische Bohrung der Dichtscheibe 420 hindurch. Die Dichtscheibe 420 wird durch eine Schraubhülse 430, die in eine sich an die Bohrung 422 nach oben anschließende Gewindebohrung 432 eingeschraubt ist, an ihrem Platz gehalten. An die Schraubhülse 430 schließt sich nach oben ein ebenfalls hülsenförmiges Führungsstück 434 an, das aus einem hohe Druckkräfte aufnehmenden reibungsarmen Kunststoff besteht. Durch das Führungsstück 434 wird der dickere Bereich des Spannbolzens 316 geführt, wogegen die Dichtscheibe 420 den dünneren Abschnitt 318 führt.
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Durch die Dichtscheibe 420 ist sichergestellt, daß die gesamte nach oben weisende Fläche des Kolbens 312 strömungstechnisch als Kolbenfläche wirksam ist. Damit keine Druckmittelverluste dadurch eintreten, daß Strömungsmittel nach unten am Kolben 312 vorbeifließen kann, weist dieser an seiner Außenseite und Innenseite in seinem oberen Bereich jeweils in Nuten eingesetzte Dichtungen auf, die die Abdichtung gegenüber der Zylinderbohrung 310 und gegenüber dem dünneren Abschnitt 318 des Spannbolzens bewirken.
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Damit bei der Zuführung von Strömungsmittel durch den Entspannanschluß 306 dieses nicht nach unten fließen kann, ist im Gehäuse 301 im Bereich, in dem die Bohrung 311 mit geringerem Durchmesser eingebracht ist, eine Dichtung 440 in eine Nut eingesetzt und wirkt mit der zylindrischen Außenfläche des Kolbens 312 zusammen.
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In der Spannstellung des Schwenkspanners ist der Spannbolzen 316 gegenüber der in Fig. 1 gezeigten Stellung abgesenkt, und die Schulter 317 liegt dann näher an der Dichtscheibe 420 als in Fig. 1. Die beim Festspannen eines Werkstücks über den Spannarm 395 (Fig. 3) auf den Spannbolzen 316 und seinen Abschnitt 318 übertragenen, im Sinne einer Biegung des Spannbolzens wirkenden Kräfte werden durch das Gehäuse 301 sicher aufgenommen und auf ein Befestigungsteil, beispielsweise den Maschinentisch einer Werkzeugmaschine, übertragen. Es stützt sich nämlich der Spannbolzen 316 in demjenigen Bereich, in dem er in das Gehäuse 301 eintaucht, auf einem verhältnismäßig langen Teil an dem Führungsstück 434 ab. Unmittelbar daran anschließend wird der dünnere Abschnitt 318 durch die Dichtscheibe 420 seitlich abgestützt. Im sich darunter anschließenden Bereich wird der Abschnitt 318 durch die Innenfläche 442 der zentralen Bohrung des Kolbens 312 abgestützt. Der Kolben 312 wiederum stützt sich an der Wandfläche der Bohrungen 310 und 311 ab. Um hier eine leichtgängige Bewegung zu erzielen, liegt der aus Stahl bestehende Kolben 312 nicht unmittelbar an dem ebenfalls aus Stahl hergestellten Gehäuse 301 an, sondern es sind in Nuten im oberen und unteren Endbereich des Kolbens 312 jeweils Führungsleisten 446 und 448 eingesetzt, die aus einem reibungsarmen, verschleißfesten und hohe Druckkräfte aufnehmenden Kunststoff bestehen. In der unteren Endstellung überträgt dabei die Führungsleiste 448 etwaige auf den Spannbolzen 316 einwirkende Biegekräfte über die Führungsbuchse 381, die sich an der Seitenwand 324 abstützt, auf den sich radial außerhalb anschließenden Teil des Gehäuses 301 und von dort auf die den gesamten Schwenkspanner aufnehmende Bohrung eines Maschinentisches. Alle sich gegenseitig abstützenden genannten Teile des Schwenkspanners sind mit ausreichend kleinem Spiel, das einem Gleitsitz entspricht, ausgebildet.
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Deshalb, weil die geschilderten Biegekräfte letztendlich durch das Gehäuse 301 auf einer großen Länge des Spannbolzens 316 und seines dünneren Abschnitts 318 aufgenommen sind, bringt es für die Stabilität des Spannbolzens keinen Nachteil, daß dieser auf dem größten Teil seiner innerhalb des Gehäuses 301 verlaufenden Länge eine im Vergleich zu seinem außerhalb des Gehäuses liegenden Teil geringere Dicke aufweist.
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Der Raum unterhalb des topfförmigen Metallteiles 328 ist druckmittelfrei und mit Luft gefüllt. Ein Entlüfter 450 aus porösem Material sorgt dafür, daß Luft einströmen und ausströmen kann, ohne daß Verschmutzungen eindringen.
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Im Ausführungsbeispiel hat das Gehäuse 301 des Schwenkspanners im Bereich des Außengewindes einen Durchmesser von etwa 48 mm. Die Länge des Gehäuses beträgt etwa 106 mm. Die übrigen Abmessungen können der maßstäblichen Zeichnung entnommen werden.
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Der Schwenkspanner gestattet beim Zuführen von Hydrauliköl mit einem Druck von 200 bar zum Spannanschluß 304 eine Spannkraft von etwa 1600 daN auszuüben, wobei vorausgesetzt wird, daß der Spannarm 395 eine Länge von 50 mm aufweist. Der Schwenkspanner kann auch mit höheren Drücken betrieben werden.
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Die oben erwähnten, aus einem hohe Druckkräfte aufnehmenden Kunststoff bestehenden Teile bestehen im Ausführungsbeispiel aus dem unter dem Namen ORKOT von der Firma Busak & Luyken, Stuttgart, Bundesrepublik Deutschland, vertriebenen Material. Es handelt sich dabei um ein Schichtpreßmaterial aus einem Kunststoff-Feingewebe mit einer Polyesterimprägnation, und dieses Material enthält als Trockenschmiermittel Graphit. Das Material wird in Form von Büchsen und im Fall der Führungsleisten in Form von in Nuten eingelegten Streifen, also in einer ähnlichen Anordnung wie bei Kolbenringen, verwendet. Die Druckbelastbarkeit beträgt bis zu 350 N/mm2.
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Im Ausführungsbeispiel wird der Schwenkspanner auch zum Entspannen hydraulisch angetrieben. Man kann jedoch den Entspannanschluß 306 fortlassen und eine Feder, vorzugsweise Schraubenfeder, vorsehen, die sich an der Oberseite des Bodenstücks 322 und der Unterseite des Kolbens 312 abstützt und beim Drucklosmachen des Spannanschlusses 304 den Entspannvorgang ausführt. Für eine derartige Ausführung eignet sich der beschriebene Schwenkspanner wegen der geringen Reibung bei der Drehbewegung gut. Zu der geringen Reibung tragen dabei auch die Kugeln 404 bei, die sich auf der rotationssymmetrischen Fläche 408 abstützen.
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Die u. a. durch den Bolzen 380 und die Feder 372 gebildete Rastvorrichtung ist während des gesamten Spannvorganges und Entspannvorganges wirksam, so daß beim Spannvorgang auch nach Abschluß der Schwenkbewegung des Spannarms ein Ausrasten möglich ist.
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Der Abstand der Flächen 358 und 360 bestimmt den Schwenkwinkel des Spannarms. Ohne Änderung der Steilheit des Gewindes kann durch Ändern dieses Abstandes der Schwenkwinkel geändert werden.
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Die Kugeln 404 und 321 sowie das Gewinde 347 stehen nicht unter dem Druck des Hydrauliköls, sondern sie sind ölfrei und druckfrei. Dadurch sind etwaige Störungsmöglichkeiten infolge des hohen Öldruckes ausgeschlossen.