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Druckmittelbetätigter Spannzylinder
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mit Sicherheitsabschaltung Die Erfindung bezieht sich auf einen druckmittelbetätigten
Spannzylinder mit Sicherheitsabschaltung mit einem Gehäute, einem Arbeitkolben und
einem an ihm angebrachten Stößel.
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Bei druckmittelbetätigten Spannzylindern besteht eine erhebliche Unfallgefahr
dadurch, daß wegen des hohen Spanndrucks von 1000 kg und mehr Unfallgefahr dadurch
besteht, daß die Bedienungsperson während der Betätigung des Spannzylinders ihre
Hand zwischen Spannbacken und Werkstück beläßt. Ein bekannter druckmittelbetätigter
Spannzylinder mit Sicherheitsabschaltung umfaßt zentral im Spannbacken untergebracht
einen Abtaststift, der axial in den Spannbacken und den dazugehörigen Stößel hineingeschoben
wird, falls er auf ein Hindernis auftrifft. Der bekannte Spannzylinder hat aber
den Nachteil, daß eine Abtastung des Hindernisses nur im Bereich einer sehr kleinen
Fläche stattfindet, so daß bei unregelmäßigem Material, z.B.
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einem Holzstück mit einem Astloch, die Sicherheitsabschaltung nicht
arbeitet. Durch Verwendung einer Gummiplatte auf der Fläche des Spannbackens ist
keine optische Feststellung möglich, ob der Fühlstift momentan beaufschlagt ist
oder nicht. Bei unebenem Material ist die Spannsicherheit nicht gewährleistet.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen druckmittelbetätigten
Spannzylinder mit Sicherheitsabschaltung zu schaffen, dessen Sicherheitsabschaltung
unabhängig davon wirkt, an welcher Stelle der Gesamtfläche des Spannbackens ein
Hindernis auftritt.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die im Kennzeichen des Anspruchs
1 aufgeführten Merkmale gelöst.
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Die Erfindung weist gegenüber dem Bekannten die Vorteile auf, daß
die Sicherheitsabschaltung unabhängig davon, an welcher Stelle des Spannbackens
ein Hindernis auftritt, stets wirkt und zusätzliche Fühl- bzw. Abtastmittel zur
Feststellung eines Hindernisses nicht notwendig sind. Dabei kann jede Größe des
Spannzylinders realisiert werden.
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Weitere, vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus der
nachfolgenden Beschreibung und den Ansprüchen hervor.
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Die Erfindung wird an Ausführungsbeispielen anhand von Zeichnungen
erläutert. Es zeigen Fig. 1 einen Längsschnitt durch den erfindungsgemäßen Spannzylinder,
Fig. 2 einen Längsschnitt durch den Steuerteil des Spannzylinders bei ausgelenktem
Steuerkolben, Fig. 3 einen Längsschnitt durch den Steuerteil des Spannzylinders
bei ausgelenktem Steuerkolben und teilweise ausgelenktem Steuerschieber, Fig. 4
einen Schnitt durch den Steuerteil des Spannzylinders mit ausgelenktem Steuerkolben
und vollständig ausgelenktem Steuerschieber, Fig. 5 und 6 die räumlich getrennte
Unterbringung von Steuerteil und Arbeitsteil des Spannzylinders.
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In einem Gehäuse 7 (Fig. 1) des druckmittelbetätigten Spann zylinders
läuft ein Arbeitskolben 2 des Spannzylinders. Der Arbeitskolben 2 bewegt sich zum
Zweck des Einspannens eines Werkstücks in Richtung eines Pfeils 9, zum Lösen des
vorher eingespannten Gegenstands in Gegenrichtung des Pfeils 9. Am Arbeitskolben
2 ist ein Stößel 6 angebracht, an dessen freiem Ende ein Backen (in der Zeichnung
nicht dargestellt) zum Einspannen des Gegenstands befestigt ist.
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Das Gehäuse 7 des Spannzylinders ist auf der Seite des Spannbackens
durch einen Flansch 13 abgeschlossen. Auf der Gegenseite des Gehäuses 7 wird dieses
durch- einen Flansch 8 eines Gehäuses 10 begrenzt. Im Gehäuse 10 befindet sich ein
Steuerkolben 1. Der Arbeitskolben 2 des Spannzylinders und der Steuerkolben 1 bilden
einen gemeinsamen Druckraum 3.
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Der Steuerkolben 1 umfaßt auch einen Schieber 17, der Bestandteil
des Steuerkolbens 1 ist und Bohrungen 14, 15, 16, Steuernuten 18, 19, 20 und Ringnuten
zur Aufnahme von 0-Ringen aufweist.
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Der Steuerkolben 1 steht unter dem Druck von Federn 25 (in der Zeichnung
nur eine Feder gezeigt), die im wesentlichen gleichmäßig um die Längsachse des Steuerkolbens
1 sowie dessen Schieber 17 verteilt angeordnet sind, sich am Gehäuse 10 des Steuerteils
abstützen und beim Ausführungsbeispiel als Schraubendruckfedern ausgeführt sind.
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Im Gehäuse 10 befindet sich ferner ein Steuerschieber 4, der fest
mit einer Kappe 23 verbunden ist und den Schieber 17 des Steuerkolbens 1 konzentrisch
umgreift. Der Schieber 17 des Steuerkolbens 1 einerseits und der Steuerschieber
4 andererseits sind gegeneinander verschiebbar. Die mit dem Steuerschieber 4 fest
verbundene Kappe 23 steht unter dem Druck von Federn 24, die beim Ausführungsbeispiel
als
Schraubendruckfedern ausgeführt sind, und schlägt mit dem Ende ihrer Wandung 27
bzw. mit einem in sie eingespannten Haltering 28 an einem Anschlag 26 des Gehäuses
10 an. Unter Zusammendrückung der Federn 24 ist die Kappe 23 in Richtung des Pfeils
9 axial verschiebbar.
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Der Steuerschieber 4 ist mit Steuernuten 29, 30 und mit Bohrungen
29, 32 versehen.
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Der Zuführung des Vorspanndrucks dient ein Zulauf 11, der Zuführung
des Hauptdrucks dient ein Zulauf 12.
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Funktionsweise Wird dem Spannzylinder über eine Leitung 33 und den
Zulauf 11 Druckmittel zum Vorspannen zugeführt, dann gelangt dieses über eine Bohrung
21 (Fig. 1), -die Steuernut 18 des Schiebers 17 am Arbeitskolben 2 und den zwischen
dem Schieber 17 und dem Stößel 6 befindlichen Raum in den Druckraum 3. Der hier
steigende Druck wirkt auf den Arbeitskolben 2, der sich dadurch in Richtung des
Pfeils 9 soweit bewegt, bis der am freien Ende des Stößels 6 angebrachte Spannbacken
(in der Zeichnung nicht gezeigt) an einem Gegenstand, z.B. der Hand der Bedienungsperson,
anschlägt. Die auf den Gegenstand ausgeübte Kraft liegt in der Größenordnung von
etwa 3 - 5 kg. Diese Kraft ist selbst bei schwerem Stößel 6 nicht höher, weil ein
Ausgleich durch einen Steuerschieber 57 erfolgt. Der steigende Druck bewirkt, daß
der Spannbacken und damit der Stößel 6 und der Arbeitskolben 2 zum Stillstand kommen
und ein Druckaufbau im Druckraum 3 stattfindet. Hierdurch wird der Steuerkolben
1 entgegen der Richtung 9 soweit bewegt, bis der Schieber 17 des Steuerkolbens 1
soweit verschoben wurde, daß die Bohrung 21 verschlossen ist. Das Verschließen der
Bohrung findet in der Weise statt, daß 0-Ringe 35, 36 zu beiden Seiten der Bohrung
21 liegen und
diese in Verbindung mit dem Schieber 17 verschließen
(Fig 2). In dieser Stellung des Stößels 6 und damit des (in der Zeichnung nicht
gezeigten) Spannbackens muß verhindert werden, daß der Stößel 6 weiter in Richtung
des Pfeils 9 bewegt wird, weil der Gegenstand, an dem der Spannbacken anliegt, z.B.
die Hand der Bedienungsperson, nicht weiter mit Druck beaufschlagt, also nicht beschädigt
werden darf.
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Der Zulauf 12 für den Hauptdruck muß dementsprechend ebenfalls verschlossen
sein. Zu diesem Zweck hat der an der Kappe 23 angebrachte Steuerschieber 4 die vom
Zulauf 12 kommende Bohrung 22 ebenfalls verschlossen. Wird dementsprechend über
die Leitung 34 Druckmittel dem Zulauf 12 zugeführt, dann wird dieser am Ende der
Bohrung 22 durch 0-Ringe 37, 38 sowie das dazwischenliegende Material des Steuerschiebers
4 verschlossen (Fig. 2).
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Wird der Gegenstand zwischen dem Spannbacken und dem einzuspannenden
Gegenstand, z.B. einem Werkstück, entfernt, dann können sich der Spannbacken und
damit der Stößel 6 in Richtung des Pfeils 9 weiter mit Vorspanndruck bewegen.
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Ein auf dem Stößel 6 axial verschieb- und an beliebiger Stelle fest
anbringbarer, also auf dem Stößel 6 justierbarer Mitnehmer 5 schlägt an der Kappe
23 an (Fig. 3) und nimmt diese in Richtung des Pfeils 9 mit. Die Mitnahme der Kappe
23 findet auch dann statt, wenn sich kein Hindernis im Weg des Spannbackens befindet.
Befindet sich unter dem Spannbacken aber kein Werkstück, bleiben der Arbeitskolben
2 und damit auch der Stößel 6 stehen, weil dann durch Mitnahme des Steuerschiebers
4 in Richtung des Pfeils 9 der Zulauf 12 für den Hauptspanndruck abgesperrt wird.
Der axiale Verschiebeweg des Stößels 6 zwischen der Anlage an einem Hindernis und
dem Beginn des sicherheitsbedingten Druckaufbaus im Druckraum 3 und der Anlage des
zu spannenden Gegenstands, z.B. einem Werkstück, beträgt bei einem Ausführungsbeispiel
5 mm, er wird in der Regel in der Größenordnung von 5 - 7 mm liegen.
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Wird also die Kappe 23 in Richtung des Pfeils 9 unter Zusammendrückung
der Federn 24 verschoben, dann wird der an der Kappe 23 fest angebrachte Steuerschieber
4 ebenfalls in Richtung des Pfeils 9 soweit verschoben, bis die Steuernut 30 am
Steuerschieber 4 in den Bereich der Bohrung 22 gelangt und diese freigibt. Der über
die Leitung 34 angelieferte Spanndruck gelangt über den Zulauf 12, die Bohrung 22
im Gehäuse 10, die Steuernut- 30 und die Bohrung 32 (Fig. 4) zu dem Schieber 17
am Steuerkolben 1, der durch Druckabfall im Druckraum 3 durch die Wirkung der Federn
25 wieder die aus Fig. 1 ersichtliche Ausgangslage eingenommen hat. Hierdurch gelangt
der über die Bohrung 32 am Steuerschieber 4 zur Verfügung gestellte Spanndruck über
die Steuernut 19 (Fig. 1) und die Bohrung 15 im Schieber 17 im Steuerkolben 1 und
über den Freiraum zwischen den Schieber 17 und dem Stößel 6 in den Druckraum 3.
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Durch den steigenden Druck im Druckraum 3 kann der Arbeitskolben 2
in Richtung des Pfeils 9 weiter bewegt werden und das Werkstück spannen.
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Neben den schwächeren Federn 24 werden weitere Federn 54 verwendet,
die stärker als die Federn 24 sind und erst dann beaufschlagt werden, wenn die Federn
24 bereits in gewissem Umfang, z.B. um 5 bis 7 mm, zusammengedrückt sind.
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Die Steuernut 19 kann als Ringnut ausgeführt sein, von der aus mehrere
Bohrungen 15, 16 zu dem Freiraum führen, der zwischen dem Schieber 17 und dem Stößel
6 besteht.
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Wird Hauptspanndruck über den Zulauf 12 (Fig. 1) zugeführt, und liegt
kein Werkstück unter dem Spannbacken, kann der Hauptspanndruck nicht in den Druckraum
3 und damit nicht an den Arbeitskolben 2 gelangen. Der Arbeitskolben 2 bleibt stehen.
Wird über den Zulauf 11 Vorspanndruck zugeführt, läuft der Arbeitskolben 2 weiter.
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Der Mitnehmer 5 kann ein konisches Teil 39 (Fig. 2) tragen oder unmittelbar
einstückig in dieser Weise konisch ausgeführt sein, um ein Dazwischenstecken eines
Fingers der Bedienungsperson zwischen den Mitnehmer 5 und die Kappe 23 zuverlässig
zu verhindern, indem eine Abweisfläche 53 gebildet wird.
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Das Gehäuse 10 (Fig. 5) mit dem Steuerkolben 1 und Schieber 17 sowie
mit dem Steuerschieber 4 und der Kappe 23 kann räumlich getrennt, z.B. in einem
Steuerschrank (in den Zeichnungen nicht gezeigt), von dem Gehäuse 7 (Fig. 6) mit
dem Arbeitskolben 2 und dem Stößel 6 untergebracht sein. Hierzu ist es nur notwendig,
daß der hierdurch aufgeteilte Druckraum 3 (Fig. 5, 6) über eine Leitung 40 als ein
einziger Druckraum aufrechterhalten wird.
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Ein einziges Steuerteil, bestehend aus dem Gehäuse 10 mit dem Steuerkolben
1 und Schieber 17 sowie aus dem Steuerschieber 4 und der Kappe 23 (Fig. 5) kann
eine Mehrzahl Arbeitskolben 2 (Fig. 6) mit Stößel 6 steuern, die räumlich an verschiedenen
Orten untergebracht- sind. Hierzu muß lediglich eine entsprechende Mehrzahl Leitungen
40 vorgesehen werden um die Druckräume 3 untereinander zu verbinden. Die jeweilige
Leitung 40 ist einerseits an einer Kappe 55 (Fig. 5) und andererseits an einer Kappe
56 (Fig.
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6) angeschlossen. Die beiden Kappen 55, 56 verschließen den jeweiligen
Druckraum 3 (Fig. 5, 6) nach außen.
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Hierzu ist der Arbeitskolben 2 (Fig. 6) mit einem Signalring 45 versehen,
der so gestaltet ist, daß er einem Sensor ein Signal vermitteln kann, sofern er
in den Wirkungsbereich des Sensors kommt. Der'Signalring kann z.B. als Dauermagnet
ausgebildet sein. Bewegt sich der Arbeitskolben 2 in Richtung des Pfeils 9, und
passiert der Signalring 45 dabei den Wirkungsbereich eines außerhalb des Gehäuses
7 vorgesehenen Sensors 46, dann liefert dieser ein Signal über Leitungen 47, 48
an ein elektrisches
Steuergerät 49, das mit Strom aus einem elektrischen
Netz 50 gespeist wird. über Leitungen 51, 52 (Fig. 6, 5) wird ein Elektromagnet
41, der auf dem Gehäuse 10 sitzt, mit Strom. beaufschlagt. Der Elektromagnet 41
(Fig. 5) zieht sowohl den Schieber 17 mit dem Steuerkolben 1, wie auch den Steuerschieber
4 entgegen der Richtung des Pfeils 9 an, was beim Ausführungsbeispiel über eine
Ankerschraube 20 geschieht. Hierdurch werden der Zulauf 11 für den Vorspanndruck
abgesperrt, der Zulauf 12 für den Hauptspanndruck geöffnet; ein Werkstück kann eingespannt
werden.
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Liegt kein Werkstück unter dem Spannbacken, kann der Arbeitskolben
2 und damit der Spannbacken mit Vorspanndruck bis zum Hubende durchlaufen.
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Bei allen oben beschriebenen Ausführungsbeispielen kann der über den
Zulauf 11 zugeführte Vorspanndruck gleich dem über den Zulauf 12 zugeführten Hauptspanndruck
sein. In diesem Fall können die Leitungen 33 und 34 von einer gemeinsamen Speiseleitung
ausgehen. Beide Drücke können aber auch verschieden hoch sein.
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Alle beschriebenen Spann zylinder können pneumatisch oder hydraulisch
betrieben werden.
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Am Gehäuse 10 des Spann zylinders kann eine Skala 42 angebracht sein
(Fig. 2), die mit einer Gabel 43 am Mitnehmer 5 zusammenarbeitet. In der Gabelöffnung
werden die Skalenwerte sichtbar, so daß der Anschlag des Mitnehmers 5 voreinstellbar
ist. Die Einstellung des Mitnehmers 5 auf dem Stößel 6 erfolgt durch Lösen einer
Schraube 44 am Mitnehmer 5, entsprechendes Verschieben des Mitnehmers auf dem Stößel
und anschließendes Festziehen der Schraube 44.
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