DE3838995C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein hydraulisches Zugspann­ element, insbesondere für die Werkzeugfestspannung bei Pressen, welches einen durch den Boden seines Gehäuses herausragenden Zuganker aufweist, der mittels eines im Gehäuse angeordneten Keilstückes, welches quer zur Längsachse des Zugankers durch einen Hydraulikantrieb verstellbar ist, gehäuseeinwärts zurückziehbar ist.

Mit derartigen Zugspannelementen können sehr hohe Zug­ kräfte, beispielsweise von mehr als 10 Tonnen, zur Festspannung des Werkzeuges bzw. von Werkstücken, aufgebracht werden, was zu einer sehr hohen kräfte­ mäßigen Beanspruchung der Bauteile und zu einer gewissen, unvermeidbaren elastischen Verformung von Bauteilen führt. Eine größere elastische Verformung der Bauteile birgt aber die Gefahr in sich, daß sich bei großen Erschütterungen, wie sie beispielsweise bei Pressen auftreten, Positionsveränderungen beim einge­ spannten Werkzeug ergeben können, wodurch die Aus­ richtung von Oberwerkzeug auf Unterwerkzeug soweit verloren werden kann, daß es zu einer Zerstörung der Werkzeuge kommt.

Durch die DE 35 31 766 C1 ist ein gattungsgemäßes Zugspannelement bekannt, bei dem der mehrteilig unter Bildung eines Langlochs aufgebaute Zuganker von einem Kolben des Hydraulikantriebes durchsetzt ist, welcher in seinem mittleren Längsbereich als Keilstück ausgebildet ist, das mit seiner schrägen Keilfläche mit einem als Gegenschrägfläche ausgebildeten Wandungsbereich des Langloches zusammenwirkt. Die beim Zugspannelement auftretenden Reaktions-Zugspannungen werden dort über die beiden stirnseitigen Lagerbereiche des Kolbens auf das Gehäuse übertragen, wodurch der Kolben und seine Lagerbereiche einer hohen Drehmomentbelastung ausgesetzt sind. Hierdurch ist nur mit hohem Aufwand eine ausreichende Formänderungssteife erreichbar, und es treten erhebliche zusätzliche Lagerungs- und Dichtungsprobleme infolge der hohen radialen Belastung des Kolbens auf.

Durch die DE-PS 3 05 495 ist ferner eine schraubstockartige Spannvorrichtung bekannt, bei welcher der eigentliche Schraubstock über ein Kugelgelenk allseits verstellbar auf einem Befestigungsfuß gelagert ist. Mittels einer einen erweiternden Durchbruch einer Kugelkalotte durchsetzenden und in eine schraubstockseitige Halbkugel eingreifenden, als Verschraubung ausgebildeten Zugankers ist der Schraubstock in seiner jeweiligen Ausrichtung festspannbar. Ein verbreitertes Kopfstück der Verschraubung und die Halbkugel fassen dort die Kugelkalotte zwischen sich ein, so daß im Zuganker auftretende Kräfte unmittelbar von der Kugelkalotte aufgefangen werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Zugspannelement besonders hoher Formänderungssteife zu schaffen.

Ausgehend von einem gattungsgemäßen Zugspannelement wird die Lösung dieser Aufgabe erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß der Zuganker das mit einem Langloch versehene, im Querschnitt etwa ringförmige Keilstück durchsetzt und daß das Keilstück sich mit einer Stirn­ fläche auf dem Gehäuseboden abstützt und mit seiner anderen, die Keilfläche bildenden Stirnfläche an einer ebenfalls vom Zuganker durchsetzten Kugelkalotte angreift, auf welcher das obere Ende des Zugankers sich über ein den Zuganker umschließendes Druckstück abstützt.

Bei dem Zugspannelement nach der Erfindung liegen die die Zugspannung auffangenden, druckbelasteten Bau­ teile, nämlich der Boden, das Keilstück, die Kugel­ kalotte und das Druckstück jeweils mit großen Flächen aufeinander auf, wobei diese Auflageflächen im wesent­ lichen nur von den Durchgangsöffnungen für den Zug­ anker-Bolzen und durch die Langloch-Erweiterung im Keilstück unterbrochen sind. Dadurch ist die Möglich­ keit für größere Durchbiegungen in einem sehr hohen Maße ausgeschlossen, und auch bei den größten in Betracht kommenden Zugkräften treten bei den Bau­ elementen des Zugspannelementes nach der Erfindung keine merklichen Formänderungen auf. Damit erweist sich das Zugspannelement nach der Erfindung als besonders erschütterungsfest, was seinen Einsatz insbesondere auch bei sehr großen Pressen oder sonstigen Verformungsmaschinen erlaubt. Die Kugel­ kalotte dient dabei zum Ausgleich von Fertigungs­ toleranzen und Verspannungstoleranzen bei den schiefen Ebenen sowie von evtl. betriebsbedingten Unebenheiten bei dem einzuspannenden Teil. Hierdurch ist eine Konstanz der Reibungskräfte gewährleistet. Das Zugspannelement ist auch in einen Pressentisch einbaubar.

Nach weiteren Merkmalen der Erfindung kann vorgesehen werden, daß der Zuganker mit einer oberen Schulter­ fläche auf dem Druckstück aufsitzt oder daß - statt einer solchen einstückigen Ausführungsform - das obere Ende des Zugankers aus einem am Zugankerbolzen be­ festigten Kopf- oder Querstück besteht. Im letzteren Fall kann das Druckstück auf das hintere Ende des Zug­ ankers aufgeschraubt sein.

In Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen werden, daß die Kugelkalotte mit einem konischen, zum Druck­ stück hin sich erweiternden Durchgangsloch für den Zuganker versehen ist, wodurch eine freie Ausgleichs­ bewegung für die Kugelkalotte sichergestellt ist. Nach der Erfindung ist die Summe der Wandstärke der Längs­ seiten des im Grundriß rechteckigen oder ovalen Keil­ stückes größer als die Querabmessung des Zugankers. Dabei ist vorteilhafterweise die Breite der ring­ förmigen Auflagefläche der Kugelkalotte mindestens gleich der Wandstärke des Keilstückes.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung kann das Gehäuse die Form eines Bechers aufweisen, in dessen zylindrischem Innenraum das hülsenartige Druckstück geführt ist und zwischen dessen Becherboden und Zug­ ankerende eine Rückstell-Druckfeder eingespannt ist. Alternativ kann auch vorgesehen werden, daß das obere Ende des Zugankers in einer Gehäusebohrung liegt und zum Ansetzen eines Schraubwerkzeuges zugänglich ist und daß zwischen Gehäuseunterseite und unterem Zug­ ankerteil eine Rückstell-Druckfeder angeordnet ist. Im Hinblick auf eine bequeme Einführbarkeit des unteren Hammerkopfendes des Zugankers in die Werkzeug­ spann-Nuten bzw. -Schlösser ist gemäß einer bevor­ zugten Ausführungsform das Druckstück als Mantel des Gehäuses mit zwei sich diametral gegenüberliegenden Durchbrüchen versehen, in denen jeweils ein Zylinder­ kolbenantrieb eingebaut ist, deren Kolben als Plunger auf das Keilstück gerichtet sind.

Bei allen Ausführungsformen kann der Gehäusemantel mit zwei sich diametral gegenüberliegenden Durchbrüchen versehen sein, in denen jeweils ein Zylinderkolben­ antrieb eingebaut ist, deren Kolben als Spannplunger bzw. als Rückstellplunger auf das Keilstück gerichtet sind. Der Keilwinkel des Keilstückes wird bei solchen Zugspannelementen derart gewählt, daß die Keilflächen selbsthemmend sind, so daß auch beim Ausfall des Hydraulikdruckes die Zugspannung aufrechterhalten bleibt. Um die Aufrechterhaltung der Zugspannung auch über längere Druckausfallzeiten hinweg und insbeson­ dere auch bei gleichzeitig auftretenden Erschütte­ rungen noch zu gewährleisten, ist der Erfindung zufolge ferner noch eine zusätzliche mechanische Halteeinrichtung zur Fixierung des Keilstückes in seiner Spannstellung vorgesehen. Gemäß einer Aus­ führungsform kann die Halteeinrichtung eine Spannzange aufweisen, welche auf einem nach außen gerichteten axialen Verlängerungsstift des Rückstellplungers verschiebbar gelagert ist und deren kegeligen Spannbacken innerhalb einer konischen Öffnung eines gehäusefesten Teiles liegen, und daß die Spannzange an ihrem dem Rückstellplunger zugewandten Stirnende zwecks Entriegelung beaufschlagbar ist. Gemäß einer alternativen Ausführungsform kann die Halteeinrichtung aus einer starken Vorschubfeder für den Spannplunger bestehen.

Der Gegenstand der Erfindung wird im folgenden anhand mehrerer in der Zeichnung dargestellter Ausführungs­ beispiele näher erläutert. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 ein Zugspannelement nach der Erfindung in einem Vertikalschnitt, wobei sich die beweglichen Teile in der Grundstellung befinden,

Fig. 2 einen Vertikalschnitt gemäß Fig. 1, wobei jedoch die Spannstellung gezeigt ist,

Fig. 3 eine Draufsicht auf das Keilstück des Zugspannelementes,

Fig. 4, 5 und 6 im Vertikalschnitt je eine abge­ wandelte Ausführungsform des Zugspann­ elementes nach der Erfindung,

Fig. 7 einen Schnitt gemäß der Schnittebene VII-VII in Fig. 6,

Fig. 8 und 9 das Keilstück nach Fig. 6 in Seiten­ ansicht und Draufsicht und

Fig. 10 und 11 ein Führungsstück für das Keilstück in Seitenansicht und Draufsicht.

Das in den Fig. 1 bis 3 gezeigte Zugspannelement um­ faßt ein becherförmiges Gehäuse 1 mit angeschraubtem Gehäuseboden 2, der von einem Zuganker 3 durchsetzt ist. Der Zuganker 3 besteht aus einem Rundbolzen 4, der an seinem im Gehäuseinneren liegenden Ende über eine Ringschulter 5 in einen verdickten Endabschnitt 6 übergeht und an seinem unteren Ende einen T-Nutenstein 7 trägt. Der Zuganker 4 durchsetzt ein mit einem Lang­ loch 8 versehenes Keilstück 9, das mit seiner unteren, ringförmigen Stirnfläche 10 unmittelbar auf dem Gehäuseboden 2 sich abstützt und mit seiner anderen, die Keilfläche bildenden Stirnfläche 11 an einer ebenfalls vom Zuganker 4 durchsetzten Kugelkalotte 12 angreift. Auf der Kugelkalotte 12 sitzt ein mit einer kugeligen Lagerfläche versehenes Druckstück 13, welches den Rundbolzen 4 mit engem Spiel umschließt und die Ringschulter 5 des Zugankers untergreift. Das hülsenartige Druckstück 13 ist in der zylindrischen Innenbohrung 14 des Gehäuses 1 im wesentlichen spielfrei geführt. Die Kugelkalotte 12 ist hierbei mit einem konischen, zum Druckstück 13 hin sich erweiternden Durchgangsloch 15 für den Zuganker 3 versehen. Wie aus Fig. 3 ersichtlich ist, ist die Wandstärke W des den Zuganker 3 etwa ringförmig umschließenden Keilstückes 9 etwa gleich dem Radius des Rundbolzens 4 des Zugankers 3. Die Breite B der ringförmigen Auflagefläche der Kugelkalotte 12 ist größer, z. B. um 50%, als die Wandstärke B des Keilstückes 9, dessen äußere Grundrißfläche im wesentlichen rechteckig ist.

Das becherförmige Gehäuse 1 weist nahe seines Randes zwei sich diametral gegenüberliegende Durchbrüche 16, 17 auf, in denen jeweils ein Zylinderkolbenantrieb 18, 19 eingebaut ist, deren Kolben einmal als Spannplunger 20 und zum anderen als Rückstellplunger 21 auf das Keilstück 9 gerichtet sind. Der Plunger 20 drückt bei Druckbeaufschlagung über die Druckmittelleitung 22 den Spannkeil 9 gegen die Kraft der zwischen Becherboden 23 und oberem Zugankerende 6 eingespannten Rück­ stell-Druckfeder 24 nach links bis etwa in die in Fig. 2 gezeigte Spannstellung, wobei zwischen dem Gehäuse­ boden 2 und dem T-Nutenstein 7 die Einspannung der zu befestigenden Werkzeuge oder Werkstücke (nicht gezeigt) erfolgt. Zur Entriegelung wird der Rückstell­ plunger 21 über die Druckmittelleitung 25 druckbe­ aufschlagt.

Zur Sicherung der Spannstellung für den Fall eines Druckausfalles beim Druckanschluß 22 ist eine zusätzliche Halteeinrichtung 26 vorgesehen. Die Halteeinrichtung 26 weist eine Spannzange 27 auf, welche auf einem nach außen gerichteten, axialen Verlängerungsstift 28 des Rückstellplungers 21 verschiebbar gelagert ist und deren kegelige Spannbacken 29 innerhalb einer nach außen hin sich erweiternden konischen Öffnung 30 eines gehäusefesten Teiles 31 liegen. Das innenliegende Stirnende 32 der Spannzange 27 ist ebenfalls über den Druckmittel­ anschluß 25 mit Druckmittel beaufschlagbar.

Bei Normalbetrieb ist bei der Spannstellung der Plunger 20 druckbeaufschlagt und der Druckraum des Gegenplungers 21 über den Anschluß 25 entlüftet. Die in das Keilstück 9 eingeschraubte Verlängerungsstange 28, die beim Ausführungsbeispiel zugleich mit dem Rückstellplunger 21 starr verbunden ist, wird von den Spannbackenarmen 29 der Spannzange 27 stramm festge­ halten, da diese durch die Vorspannfeder 33 belastet ist. Auch bei Druckausfall auf Seiten des Spann­ plungers 20 bleibt die Spannstellung des Keilstückes 9 - zusätzlich zu der selbsthemmenden Wirkung der Keil­ flächen - durch die Spannzange 27 aufrechterhalten. Zur Rückstellung werden über den Druckmittelanschluß 25 der Rückstellplunger 21 und die Spannzange 27 gleichzeitig mit Druck beaufschlagt. Dabei wird die Spannzange 27 gegen die Kraft der Feder 33 in den sich erweiternden Raum der konischen Öffnung 30 verschoben, so daß sich die Spannzangenarme 29 vom Stift 28 lösen. Der Rückstellplunger 21 kann dann unter Mitnahme des Verlängerungsstiftes 28 die Rückstellung bewirken.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 ist anstelle der, eine Spannzange 27 enthaltenden Halteeinrichtung 26, eine den Spannplunger 20′ belastende, starke Vor­ schubfeder 34 vorgesehen, welche in einer rückwärtigen Sacklochbohrung 35 des Spannplungers 20′ eingesetzt ist und den Spannplunger auch bei Ausfall des Hydraulikdruckes in strammer Anlage am Keilstück 9 hält.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 ist der Zug­ anker 4′ an seinem oberen Ende mit einem Gewindeab­ schnitt 36 versehen, auf den das eine Innengewinde­ bohrung 37 aufweisende Druckstück 13′ aufgeschraubt ist.

Die Fig. 6 bis 11 veranschaulichen eine besonders kompakt ausgebildete Ausführungsform, bei welcher das Druckstück 38 und das verdichtete obere Ende 39 des Zugankers 40 in einer Gehäusebohrung 41 liegen. Das mit einem Innensechskant 42 versehene Ende 39 ist zum Ansetzen eines Schraubwerkzeuges zugänglich, mit dem das Spannelement bei Druckausfall gelöst werden kann.

Das Keilstück 43 ist im Grundriß im wesentlichen oval und wird in Verschieberichtung mit seinen abgeflachten Längsseiten 44, 45 zwischen Führungsbacken 46, 47 einer Führungsplatte 48 geführt, die teilweise in die Bodenplatte 49 eingelassen ist. Der untere, aus dem Gehäuse herausragende Teil des Zugankers trägt eine Hülse 50, die am unteren Ende als Hammerkopf 51 ausge­ bildet ist. Zwischen dem oberen Ende der Hülse 50 und der Bodenplatte 49 bzw. Führungsplatte 48 ist eine Rückstell-Druckfeder 52 eingespannt.

Das Druckstück 38 ist im unteren Bereich mit einer Umfangsverzahnung 53 versehen und als Ritzel ausge­ bildet, welches mittels einer Zahnstange 54 jeweils um 90° hin- und zurückgedreht werden kann, um den Hammerkopf 51 in eine Spann-Nut einzuführen. Die Ver­ stellung der Zahnstange 54 erfolgt über zwei an ihren Enden angeordnete Hydraulikkolben 55, von denen in der Zeichnung nur einer gezeigt ist.

Claims (16)

1. Hydraulisches Zugspannelement, insbesondere für die Werkzeugfestspannung bei Pressen, welches einen durch den Boden seines Gehäuses heraus­ ragenden Zuganker aufweist, der mittels eines im Gehäuse angeordneten Keilstückes, welches quer zur Längsachse des Zugankers durch einen Hydraulik­ antrieb verstellbar ist, gehäuseeinwärts zurück­ ziehbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Zuganker (3) das mit einem Langloch (8) versehene, den Zuganker (3) umschließende Keilstück (9) durchsetzt und daß das Keilstück (9) sich mit einer Stirnfläche (10) auf dem Gehäuseboden (2) abstützt und mit seiner anderen, die Keilfläche bildenden Stirnfläche (11) an einer ebenfalls vom Zuganker (3) durchsetzten Kugelkalotte (12) angreift, auf welcher das obere Ende des Zugankers (3) sich über ein den Zuganker umschließendes Druckstück (13) abstützt.

2. Spannelement nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Zuganker (3) mit einer oberen Schulterfläche (5) auf dem Druckstück (13) auf­ sitzt.

3. Spannelement nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das obere Ende des Zugankers aus einem am Zugankerbolzen befestigten Kopf- oder Querstück besteht.

4. Spannelement nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Druckstück (13′) auf das hintere Ende (36) des Zugankers (4′) aufgeschraubt ist.

5. Spannelement nach Anspruch 1 dadurch gekenn­ zeichnet daß die Kugelkalotte (12) mit einem konischen, zum Druckstück (13) hin sich erweiternden Durchgangsloch (15) für den Zuganker (3) versehen ist.

6. Spannelement nach den Ansprüchen 1 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Grundrißfläche des Keil­ stückes (9) im wesentlichen rechteckig oder oval ist.

7. Spannelement nach den Ansprüchen 1 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Summe der Wandstärke (W) der Längsseiten des den Zuganker (3) umschließenden Keilstückes (9) größer als die Querabmessung des Zugankerbolzens (4) ist.

8. Spannelement nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite (B) der ringförmigen Auflagefläche der Kugelkalotte (12) mindestens gleich der Wandstärke (W) der den Zuganker (3) umschließenden Keilfläche (11) des Keilstückes (9) ist.

9. Spannelement nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (1) die Form eines Bechers aufweist, in dessen zylin­ drischem Innenraum (14) das hülsenartige Druck­ stück (13) geführt ist und zwischen dessen Becherboden (23) und Zugankerende eine Rück­ stell-Druckfeder (24) eingespannt ist.

10. Spannelement nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das obere Ende (39) des Zugankers (40) in einer Gehäusebohrung (41) liegt und zum Ansetzen eines Schraubwerkzeuges zugänglich ist.

11. Spannelement nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Druckstück (38) als Ritzel für eine mittels Hydraulikkolben (55) betätigbare Zahnstange (54) ausgebildet ist.

12. Spannelement nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Gehäuseunterseite (48, 49) und unterem Zugankerteil (50) eine Rück­ stell-Druckfeder (52) angeordnet ist.

13. Spannelement nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel des Gehäuses (1) mit zwei sich diametral gegenüber­ liegenden Durchbrüchen (16, 17) versehen ist, in denen jeweils ein Zylinderkolbenantrieb (18, 19) eingebaut ist, deren Kolben als Plunger (20, 21) auf das Keilstück gerichtet sind.

14. Spannelement nach einem der vorangegangenen Ansprüche, gekennzeichnet durch eine zusätzliche mechanische Halteeinrichtung (26) zur Fixierung des Keilstückes (9) in seiner Spannstellung.

15. Spannelement nach Anspruch 14 , dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Halteeinrichtung (26) eine Spannzange (27) aufweist, welche auf einem nach außen gerichteten, axialen Verlängerungsstift (28) des Rückstellplungers (21) verschiebbar gelagert ist und deren kegelige Spannbacken (29) innerhalb einer konischen Öffnung (30) eines gehäusefesten Teiles (31) liegen, und daß die Spannzange an ihrem dem Rückstellplunger (21) zugewandten Stirnende (32) zwecks Entriegelung hydraulisch beaufschlagbar ist.

16. Spannelement nach Anspruch 14, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Halteeinrichtung aus einer starken Vorschubfeder (34) für den Spannplunger (20′) besteht.