DE3639170C2 - Spannzylinder - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Spannzylinder zum Verstellen eines Zugankers, insbesondere zum Festspannen von Werkzeu­ gen und/oder Werkstücken in Verbindung mit Werkzeugmaschi­ nen mit die Spannkraft aufbringenden, durch einen Spannkol­ ben in eine selbsthemmende Lage gedrückten Kniehebeln.

Beim Arbeiten an Werkzeugmaschinen wie insbesondere Pressen dienen Spannelemente dazu, Werkstücke und/oder Werkzeuge z. B. am Maschinentisch, Pressenstößel oder Blechhalter zu spannen. Die Spannelemente werden bei bekannten Vorrich­ tungen hydraulisch oder pneumatisch, federbelastet oder hy­ dro-mechanisch betätigt, wobei die eigentliche Spannkraft von einem mechanischen Kniehebelsystem erzeugt wird.

Eine aus der DE-PS 32 33 940 bekannte hydro-mechanische Schnellspannvorrichtung weist einen quer zur Spannrichtung in einem Gehäuse gleitbeweglich gelagerten, druckbeauf­ schlagten Querkolben auf. Mindestens ein kolbenseitig zwi­ schen mindestens einer Schräglage und einer Strecklage in bezug auf die Spannrichtung schwenkbarer Druckhebel, stützt sich einerseits an dem Querkolben und andererseits gegen eine gegenüber dem Gehäuse in Spannrichtung verschiebbare, mit einem aus dem Gehäuse herausragenden Spannanker ver­ sehene Druckplatte ab. Mit den über die Strecklage hinaus in eine nur geringe Schräglage bewegten Druckhebeln läßt sich eine Verriegelung im Spannzustand erreichen, ohne daß ständig ein den Spannkräften entsprechender Fluiddruck an dem die Druckhebel schwenkenden Kolben anstehen muß; denn das über die Strecklage hinaus verstellte Kniehebelsystem ist selbsthemmend. Ein Kniehebelsystem eignet sich insbeson­ dere für schwellende, dynamische Belastungen bei hoher Wech­ selfrequenz und ist unabhängig von dem Druckerzeuger, den Hydraulik- oder Pneumatikaggregaten und der elektrischen Energie.

Da sich ein Zugankerbruch, oder ein überlastbedingt unzu­ lässiges Längen des Zugankers, oder Bedienungsfehler wie beispielsweise durch Nichteinlegen eines Werkzeuges nicht völlig ausschließen lassen, ist für das vorgenannte Spann­ system eine entsprechende Funktionsüberwachung von Bedeu­ tung. Bei ausschließlich hydraulischen oder pneumatischen Systemen ist es zu diesem Zweck bekannt, einen die Anschlag­ stellung des Zylinderkolbens kontrollierenden elektrischen Signalgeber an der Innenfläche des Zylinderdeckels des Spannzylinders anzuordnen (deutsche Offenlegungsschrift 29 23 239). Damit läßt sich erreichen, daß der Spannzylinder­ kolben dann, wenn z. B. beim Zugankerbruch keine Spannkraft aufgebaut worden ist, axial bis gegen die Innenfläche des Zylinders verstellt wird und über den dortigen Signalgeber eine Folgefunktion auslöst, z. B. ein Signal zum Ausschalten der Maschine. Allerdings ist eine solche Kontrollvorrich­ tung wegen der selbsthemmenden Schräglage der Kniehebel beim Kniehebelsystem nicht verwendbar.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Spannzy­ linder zum Verstellen eines Zugankers, insbesondere zum Festspannen von Werkzeugen und/oder Werkstücken in Verbin­ dung mit Werkzeugmaschinen zu schaffen, der zur Sicherheit von Mensch, Maschine und Werkzeug auf einfache Weise eine selbsttätige, für ein Kniehebelspannsystem zum Aufbringen der Spannkraft einsetzbare Funktionsüberwachung ermöglicht, d. h. insbesondere die Funktionen "Spannelement gelöst" oder "gespannt" überwacht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen von dem Spannkolben betätigten, mit einem außerhalb eines Zylinderge­ häuses angeordneten Signalgeber zusammenwirkenden Schaltbol­ zen und eine den Spannkolben entgegen der Richtung des Spannhubes beaufschlagenden Feder, deren Kraft kleiner als die Haltekraft in der gespannten selbsthemmenden Stellung der Kniehebel, jedoch größer als die Lösekraft der Kniehebel bei verminderter Zugankerspannkraft bemessen ist, gelöst. Be­ dingt durch die in der gespannten Stellung selbsthemmenden Kniehebel finden keine Stellbewegungen statt, die ein ent­ sprechendes Signal auslösen könnten. Mit dem federbeauf­ schlagten Spannzylinderkolben mit einem vorzugsweise in einer Ausnehmung der löseseitigen Stirnfläche des Kolbens angeordneten Tellerfederpaket läßt sich jedoch eine interne Spannkraftüberwachung verwirklichen; denn bei einem Zugan­ kerbruch steht keine Gegenkraft, d. h. keine Spannkraft mehr an, so daß die Kraft des vorgespannten Federpaketes aus­ reicht, die Kniehebel aus der gespannten Strecklage über den Totpunkt und damit den Spannzylinderkolben mit dem Schaltbolzen zu verstellen und über den Endschalter ein Signal auszulösen. Die Vorspannkraft des Federpaketes wird die Kniehebel dann aus der verriegelten Stellung lösen, wenn die Zugankerspannkraft unter eine Sicherheitsgrenze abfällt; diese Sicherheitsgrenze, d. h. die minimale Zugan­ kerspannkraft läßt sich frei wählen, z. B. im Bereich von einem Drittel der maximalen Zugankerspannkraft. Vorzugswei­ se eignet sich ein das Zylindergehäuse durchdringender, gleitbeweglich geführter Schaltbolzen, der kolbenflächensei­ tig am Spannkolben befestigt ist, z. B. in den Kolben einge­ schraubt ist. Das aus dem Zylindergehäuse ragende Teil des Schaltbolzens ist so ausgebildet und die Länge des Bolzens so bemessen, daß ein Signal ausgelöst wird, wenn sich die Spannkraft nicht ordnungsgemäß aufgebaut hat. Ist der Zug­ anker gebrochen oder durch Überlastung übermäßig gelängt, drückt die vorgespannte Feder den Spannkolben entgegen der Hubrichtung und seine Spannposition zurück und hebt bzw. verstellt entsprechend den Schaltbolzen. Der Schaltbolzen gelangt dabei in Kontakt mit dem außerhalb des Zylinderge­ häuses angeordneten, vorzugsweise als Endschalter ausgebil­ deten Signalgeber; beim Schließen oder Öffnen des Kontaktes wird eine die Maschine ausschaltende, d. h. stillsetzende Folgefunktion ausgelöst.

Neben dem großen Vorteil des leicht zugänglichen und damit wartungsfreundlichen Endschalters, läßt sich durch die Kom­ bination eines außerhalb des Zylinderraums angeordneten End­ schalters mit einem Schaltbolzen bei einem Kniehebelspann­ system auch das Nachlassen der Spannkraft und vor allem der Bruch eines Kniehebels überwachen; denn bei einem gebroche­ nen Kniehebel liegt keine Vorspannung mehr vor, d. h. der Spannkolben läßt sich entgegen dem Spannhub durch die Feder verstellen. Der vorzugsweise mindestens einen Schaltnocken aufweisende Schaltbolzen bewegt sich dann nämlich mit dem Kolben zurück und löst aufgrund der Formgebung des Schalt­ nockens ein den Kniehebelbruch anzeigendes Signal aus. Die Kontur des Schaltnockens läßt sich beliebig gestalten.

Entweder bestimmt durch die Kontur des Schaltnockens bzw. der Nocken oder durch in beliebigem Abstand über- bzw. nebeneinander angeordnete Endschalter, läßt sich bei dem Kniehebelspannsystem beispielsweise auch feststellen, ob die Spannstellen am Werkzeug oder Werkstück während der Produktion zu stark deformiert werden, ob die Klemm- und Spannhöhe ausreicht, ob Kolbenfresser oder falsche Werk­ zeug-Spannmaße vorliegen, ob die Spannstelle abplattet, die Hydraulik oder Pneumatik funktioniert, Leitungsbruch oder größere Leckagen zu verzeichnen sind oder durch eine zu hohe Betriebslast der Zuganker und damit das Gerät überbe­ lastet ist. Das Kniehebelspannsystem läßt sich dabei mit einer Schwenkvorrichtung für den Zuganker oder mit einer Dreheinrichtung oder mit einer Dreh-Hubeinrichtung kombinie­ ren.

Vorzugsweise läßt sich ein Tellerfederpaket zwischen dem Boden einer Ausnehmung der löseseitigen Stirnfläche des Spannkolbens anordnen und in einem in der Ausnehmung linear verschiebbaren Gleitstück einschließen sowie vorteilhaft eine das Gleitstück und das Tellerfederpaket durchdringende Führungshülse am Boden der Ausnehmung des Kolbens befesti­ gen, die an dem dem Boden abgewandten Ende einen Außenkra­ gen aufweist, der einen Anschlag für das Gleitstück bildet, wobei das Gleitstück in der Anschlaglage aus der Ausnehmung ragt. Das die Führungshülse umschließende Tellerfederpaket wird durch das Gleitstück vorgespannt, und zwar dann, wenn sich der Spannkolben (Querkolben) in Richtung der Spannsei­ te bewegt und sich das dabei gegen die Zylinderraumwand legende Gleitstück beim weiteren Hub des Spannkolbens zuneh­ mend tiefer in die Ausnehmung schiebt. In der Spannposition bilden der Kolben und das eingeschobene Gleitstück eine ebene, der Zylinderraumwand anliegende Stirnfläche.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine im Teilschnitt dargestellte Gesamtansicht einer Kniehebelspannvorrichtung mit einem in ei­ nem Spannkolben integrierten, vorspannbaren Feder­ paket; und

Fig. 2a bis 2c als Einzelheit den Spannkolben der Kniehebelspann­ vorrichtung gemäß Fig. 2 mit in der Löseposition, der Totpunktstellung und der Spannposition schema­ tisch dargestellten Kniehebeln.

Bei der Ausführung einer Spannvorrichtung gemäß Fig. 1 ist in einem Gehäuse 104 eines Spannzylinders 101 quer zur Spannrichtung 108 des Zugankers 107 ein in Spannrichtung 108 ein verschiebbares Druckstück 26 aufnehmender, beidsei­ tig druckbeaufschlagbarer Spannkolben 105 (Querkolben) ange­ ordnet. Von zwei beidseitig an dem Druckstück 26 abgestütz­ ten Kniehebeln 27, 28 ist der Kniehebel 27 gegenüber dem Gehäuse 104 unter Zwischenschaltung eines fluidgedichteten Einstellanschlags 29 abgestützt. Der Kniehebel 28 stützt sich gegen eine in Spannrichtung 108 verschiebbare und mit dem aus dem Gehäuse 104 herausragenden Zuganker 107 versehe­ nen, gegenüber dem Gehäuse 104 fluidgedichteten Druckplatte 30 ab. An den dem Druckstück 26 zugewandten Ende der Kniehebel 27, 28 können diese von dem Spannkolben 105 aus der dargestellten extremen Schräglage unter Einschließung des Winkels 31 in die Strecklage (vgl. Fig. 2b) und darüber hinaus in eine neue Schräglage, nämlich in die Verriege­ lungs- bzw. Spannposition (vgl. Fig. 2c), geschwenkt werden.

Der zum Verschwenken der Kniehebel 27, 28 im Zylinderraum 103 quer zur Spannrichtung 108 bewegbare Spannkolben 105 weist in seiner löseseitigen Stirnfläche 32, d. h. der Kol­ benfläche, die zum Verschwenken der Kniehebel 27, 28 in die in Fig. 1 dargestellte Löseposition beaufschlagt werden muß, in einer Ausnehmung 33 ein Tellerfederpaket 111 auf; die Tellerfeder 111 wird von einem Gleitstück 34 einge­ schlossen, das in die Ausnehmung 33 eingreift. Auf der Spannseite ragt ein mit dem Kolben 105 verbundener Schalt­ bolzen 121 aus dem Gehäuse 104; der Schaltbolzen 121 weist eine Schaltnocke 120 auf. Im Hubweg des Schaltbolzens 121 ist ein Endschalter 118 angeordnet, der mit der Schaltnocke 120 zusammenwirkt und ein Signal zum Stillsetzen der Werk­ zeugmaschine auslöst und zwar dann, wenn keine Spannkraft mehr vorhanden ist, wie z. B. beim Bruch des Zugankers 107; die Ruhelage, in der die Werkzeugmaschine ausgeschaltet ist, ist in Fig. 1 dargestellt.

Dafür, daß sich das Kniehebelsystem bei nicht mehr vorhan­ dener bzw. bei nicht mehr ausreichender, unter einer Sicher­ heitsgrenze liegender Spannkraft aus der verriegelten stabi­ len, d. h. selbsthemmenden Schräglage der Kniehebel 27, 28 lösen kann, sorgt die in der Ausnehmung 33 des Kolbens 105 angeordnete Tellerfeder 111. Wie in den Fig. 2a bis 2c dargestellt ist, umschließt die Tellerfeder 111 eine mit­ tels einer Schraube 35 am Boden 36 der Ausnehmung 33 befestigte Führungshülse 37. Auf der Führungshülse 37 ist das Gleitstück 34 angeordnet, das bei gelösten Kniehebeln 27, 28 gemäß Fig. 2a gegenüber der löseseitigen Stirnfläche 32 des Kolbens 5 vorragt; diese Lage des Gleitstückes 34 wird durch einen Außenkragen 38 der Hülse 37 definiert, gegen den sich ein in bezug auf die Hülse 37 radial nach innen gerichteter Anschlagrand 39 des Gleitstückes 34 legt.

Beim Beaufschlagen des Zylinderraums 103 mit einem Druckme­ dium auf der Spannseite des Kolbens 105, d. h. der in Fig. 1 linken Seite des Kolbens, bewegt sich der Kolben 105 in Richtung auf die Zylinderraumwand 116; die Kniehebel 27, 28 verstellen sich dabei zunehmend mehr bis in die Strecklage. Die Strecklage ist in Fig. 2b dargestellt; in dieser Posi­ tion bat sich das der Zylinderraumwand 116 bereits anliegen­ de Gleitstück 34 entgegen der Richtung des Hubes des Kol­ bens 105 vom Außenkragen 38 der Hülse 37 entfernt und ist tiefer in die Ausnehmung 33 eingedrungen, wobei das Teller­ federpaket 111, das sich am Boden 36 der Ausnehmung 33 abstützt, vorgespannt wird. Die Stirnwand 32 des Kolbens 105 hat die Zylinderraumwand 116 noch nicht ganz erreicht; dies ist erst dann der Fall, wenn die Kniehebel 27, 28 ihre selbsthemmende Schräglage gemäß Fig. 2c einnehmen. Kommt es in dieser Lage zu einem unzulässigen Verlust der Spannkraft am Zuganker 107, wird der Kolben 105 unter der Kraft der zwischen dem Boden 36 und dem Gleitstück 34 vorgespannten Tellerfeder 111 aus seiner Position gemäß Fig. 2c nach rechts bewegt und werden dabei die Kniehebel 27, 28 aus der selbsthemmenden Schräglage über die Totpunktlage (vgl. Fig. 2b) in die Löseposition (vgl. Fig. 2a) verschwenkt. Der in den Fig. 2a bis 2c nicht dargestellte, an der rechten Seite des Kolbens 105 angeordnete Schaltbolzen 21 verstellt sich entsprechend weiter nach rechts und nimmt schließlich eine Position ein (vgl. Fig. 1), in der der Schaltnocken 120 über den Endschalter 118 ein Signal zum Stillsetzen der Werkzeugmaschine aus löst.

Claims (8)

1. Spannzylinder zum Verstellen eines Zugankers, insbeson­ dere zum Festspannen von Werkzeugen und/oder Werk­ stücken in Verbindung mit Werkzeugmaschinen mit die Spannkraft aufbringenden, durch einen Spannkolben in eine selbsthemmende Lage gedrückten Kniehebeln, gekenn­ zeichnet durch einen von dem Spannkolben (105) betätig­ ten, mit einem außerhalb eines Zylindergehäuses (104) angeordneten Signalgeber (118) zusammenwirkenden Schaltbolzen (121) und eine den Spannkolben (105) ent­ gegen der Richtung des Spannhubes beaufschlagenden Feder (111), deren Kraft kleiner als die Haltekraft in der gespannten selbsthemmenden Stellung der Kniehebel (27, 28), jedoch größer als die Lösekraft der Knie­ hebel (27, 28) bei verminderter Zugankerspannkraft bemessen ist.

2. Spannzylinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Signalgeber (118) als Endschalter ausgebildet ist.

3. Spannzylinder nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaltbolzen (121) mindestens einen Schaltnocken (120) aufweist.

4. Spannzylinder nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der das Zylindergehäuse (104) durchdringende, gleitbeweglich geführte Schaltbolzen (121) kolbenflächenseitig am Spannkolben (105) befestigt ist.

5. Spannzylinder nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder (111) als Tellerfederpaket ausgebildet ist.

6. Spannzylinder nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Tellerfederpaket (111) in einer Ausnehmung (33) der löseseitigen Stirnfläche (32) des Spannkol­ bens (105) angeordnet ist.

7. Spannzylinder nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Tellerfederpaket (111) zwischen dem Boden (36) der Ausnehmung (33) und einem in der Ausneh­ mung (33) linear verschiebbaren Gleitstück (34) einge­ schlossen ist.

8. Spannzylinder nach einem oder mehreren der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine das Gleitstück (34) und das Tellerfederpaket (111) durchdringende, am Boden (36) der Ausnehmung (33) des Spannkolbens (105) be­ festigte Führungshülse (37) an dem dem Boden (36) abgewandten Ende einen Außenkragen (38) aufweist, der einen Anschlag für das Gleitstück (34) bildet, wobei das Gleitstück (34) in der Anschlaglage aus der Ausneh­ mung (33) ragt.