DE4127772C2 - Mechanischer Kraftverstärker - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen mechanischen Kraftverstärker mit den Merkmalen des Oberbegriffes von Patentanspruch 1.

Derartige Kraftverstärker sind aus der DE 40 18 194 C1 und der DE 40 18 284 C1 bekannt. Bei ihnen erstreckt sich die Schraubspindel eines Maschinenschraubstockes bis in den Kraftverstärker hinein und ist dort mittels eines Endflansches drehbar gelagert. Die Druckstange steht über die Schraubspindel axial vor und hat an ihrem Ende einen Betätigungskeil für das Wälzkörpersystem, das beidseitig des Keiles je zwei Wälzkörper unterschiedlichen Durchmessers aufweist. Beim axialen Verschieben des Keiles wird das Wälzkörpersystem radial nach außen verlagert, wodurch das als ebene Scheibe ausgebildete Sekundärglied um ein geringeres Maß verschoben wird, als es der Keilbewegung entspricht. Darauf beruht die Kraftverstärkerfunktion.

Bei dem bekannten Kraftverstärker haben alle Wälzkörper einen 3-Linienkontakt, denn sie stützen sich aneinander, am Keil und am Sekundärglied bzw. einem Widerlagerring ab. Eine reine Wälzbewegung des Wälzkörpersystems ist daher nicht möglich. Die Gleitanteile - insbesondere im Hochdruckbereich - bewirken einen entsprechenden Abrieb, der noch dazu umfangsmäßig ungleichmäßig ist. Die hohe Ausgangskraft des Kraftverstärkers wird nun radial außerhalb des Kraftverstärkers nach hinten geführt, wozu das scheibenförmige Sekundärglied mit einer Büchse und von dieser nach hinten laufenden axialen Zugstegen verbunden ist, welche den Flansch der Schraubspindel hintergreifen. Diese Zugstege müssen die Widerlagerfläche durchsetzen, an welcher sich der Widerlagerring abstützt. Um hohe Spannkräfte zu erzielen, erfordert die bekannte Konstruktion eine massive Bauweise.

Aufgabe der Erfindung ist es, den Kraftverstärker dahingehend zu verbessern, daß gleitende Bewegungen im Hochdruckbereich des Kraftverstärkers mindestens verringert werden und höhere Spannkräfte trotz kompakter Bauweise erzeugt und auf einfachere Weise zur Druckgeberseite geleitet werden können.

Diese Aufgabe wird bei einem Kraftverstärker mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Der erfindungsgemäße Kraftverstärker weist also ein Primärglied in Form eines sich in der Gestalt verändernden umfangsgeschlossenen Rahmens auf, bei dem zwei Teile des Primärgliedes die seitlichen Rahmenschenkel bilden, während die beiden Druckglieder die Decke und den Boden des Rahmens darstellen. Während der Verschiebung des Primärgliedes verändert sich die Rahmenhöhe. Im Inneren dieses Rahmens erstreckt sich nun das Zugorgan, das in Form eines massiven Zugankers vorzugsweise von quadratischem Querschnitt ausgebildet ist. Die beiden Seitenflächen dieses Zugankers führen die beiden Primärgliedteile und auf den dazu rechtwinklig liegenden Flächen des Zugankers liegen die beiden Druckglieder bei nicht-belastetem Kraftverstärker auf. Wesentlich ist also, daß die Spannkraft zentral im Achsbereich durch den Kraftverstärker hindurchgeleitet wird. Diese Bauart erlaubt sehr hohe Spannkräfte.

Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung haben alle Wälzkörper, insbesondere also Walzen denselben Durchmesser und die Laufspalte der Walzen zwischen Sekundärglied und Druckglied sowie zwischen diesem und dem Widerlager haben alle denselben Spaltwinkel. Aufgrund dieser Symmetrie sind die Bewegungsstrecken der Wälzkörper gleich, die ihrerseits nur eine 2-Linienberührung haben, so daß zwischen ihnen reines Abwälzen stattfindet.

Dank des zentral durch den Kraftverstärker nach hinten geführten Zugankers läßt sich eine Vielzahl von Verbindungen mit einem Hochdruckspannglied realisieren. Der neue Kraftverstärker ist dadurch sehr vielseitig einsetzbar.

Beim Einsatz des neuen Kraftverstärkers für Maschinenschraubstöcke genügt eine einfache Zughülse, die z. B. auf einen Endflansch des Zugankers aufgeschraubt wird, um diese mit der Schraubspindel des Schraubstockes relativ drehbar, jedoch zugfest zu verbinden.

Eine wichtige Weiterbildung der Erfindung ist noch darin zu sehen, daß das Sekundärglied mit einem an der, vom Druckgeberende abgewandten Ende aus dem Kraftverstärker herausgeführt und mit einem Druckabgabeglied verbunden oder als solches ausgebildet ist. Der Kraftverstärker kann damit wahlweise ziehend oder drückend eingesetzt werden.

Eine andere Weiterbildung ist darin zu sehen, daß der Kraftverstärker in einer kreiszylindrischen Einbauhülse eingebaut ist. Diese Einbauhülse bildet eine Montagehilfe, und erlaubt den Einbau des Kraftverstärkers in einer einfachen Bohrung in einem Gehäuse z. B. eines Maschinenschraubstockes.

Anhand der Zeichnung, die ein Ausführungsbeispiel darstellt, sei die Erfindung näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 eine Längsschnittansicht durch einen Maschinenschraubstock mit Darstellung des neuen Kraftverstärkers,

Fig. 2 eine Schnittansicht längs der Linie 2-2 der Fig. 1,

Fig. 3 eine Schnittansicht längs der Linie 3-3 der Fig. 1,

Fig. 4 einen Längsschnitt durch den Kraftverstärker in größerem Maßstab,

Fig. 5 einen Längsschnitt ähnlich Fig. 4, jedoch mit einem Kraftverstärker als Einschubmodul,

Fig. 6 eine dreidimensionale Ansicht eines Primärgliedteiles und

Fig. 7 eine dreidimensionale Ansicht eines Druckgliedes.

Ein Maschinenschraubstock 10 hat ein Gehäuse 12, an dessen vorderem Ende eine feste Spannbacke 14 befestigbar ist und einen am Gehäuse längsverschiebbar geführten Schlitten 16, der die bewegliche Spannbacke 18 trägt und der in Schraubeingriff mit einer hohlen Schraubspindel 20 steht, die von der Festbacke abgewandten am Gehäuseende in einem Lager 22 drehbar und axial verschiebbar gelagert ist. Eine Handkurbel 24 ist in einen Drehkörper 26 eingesteckt, der mittels einer Rastkupplung 28 mit dem Ende der Schraubspindel 20 verrastet ist. Durch Drehen der Handkurbel 24 wird die bewegliche Spannbacke 18 über die Schraubspindel 20 an das Werkstück angelegt. Die Rastkupplung 28 rastet dann aus und der Drehkörper 26 dreht sich dann in der Schraubspindel 20 und verschraubt sich dabei über einen Gewindebolzen 30, dessen Axialbewegung über eine Druckstange 32 auf einen Kraftverstärker 34 unterhalb der festen Spannbacke 14 übertragen wird, der eine hohe Zug kraft erzeugt, welche über eine Zughülse 36 auf die Schraubspindel 20 geleitet wird, um die bewegliche Spannbacke 18 gegen das Werkstück zu ziehen. Die Zughülse 36 hat am antriebsseitigen Ende einen Ringflansch, der eine auf der Schraubspindel 20 aufgeschraubte Mutter 38 hintergreift. Die Schraubspindel 20 ist damit drehbar, jedoch zugfest mit der Zughülse 36 verbunden.

Die insoweit beschriebene Bauweise eines Maschinenschraubstockes ist prinzipiell bekannt. Nachfolgend wird "vorn" dem festbackenseitigen Ende des Maschinen­ schraubstockes und "hinten" dessen Antriebsseite zugeordnet.

Im Kopf des Gehäuses 12 befindet sich eine kreiszylindrische Aufnahmekammer 40, in der der Kraftverstärker 34 untergebracht ist. Dieser weist zwei seitliche Primärgliedteile 42 auf, die spiegelbildlich zu einer vertikalen Axialebene 57 ausgebildet, angeordnet und im Querschnitt kreissegmentförmig und im Längsschnitt rechteckförmig konturiert sind. Die beiden einander zugewandten, eben ausgebildeten und parallelen Innenflächen der Primärgliedteile 42 haben im Einbauzustand einen Abstand voneinander, der gleich der Breite eines Zugankers 44 ist, der einen rechteckigen Quer­ schnitt aufweist und über die ganze Länge des Kraftverstärkers 34 reicht. Dieser Zuganker 44 ist zwischen den beiden Primär­ gliedteilen 42 axial verschiebbar geführt und ist an seinem vorderen Ende einstückig mit einer Scheibe 46 verbunden, die zu einem Sekundärglied des Kraftverstärkers 34 gehört. Am gegen­ überliegenden hinteren Ende weist der Zuganker 44 einen Ringflansch 48 auf, der in einer Bohrring 50 des Gehäusekopfes axial verschieb­ bar geführt ist. Die Zughülse 36 ist mit diesem Ringflansch 48 verschraubt. Der Ringflansch 48 weist in gleichen Abständen von der Mittelachse zwei Axialbohrungen auf, in denen jeweils ein Druckbolzen 52 verschiebbar gelagert ist, dessen Vorder­ ende an der Hinterfläche eines der beiden Primärgliedteile 42 anliegt und dessen Hinterende ein kreisscheibenförmiges Kupp­ lungsstück 54 berührt, das in der Zughülse 36 verschiebbar ge­ lagert ist und von der Druckstange 32 in der Schraubspindel 20 axial beaufschlagt wird. Das Kupplungsstück 54 verteilt also die von der Druckstange 32 zentral eingeleitete Druckkraft über die beiden Druckbolzen 52 auf die beiden Primärgliedteile 42, welche also denselben axialen Verschiebeweg ausführen wie die Druckstange 32.

Die beiden Primärgliedteile 42 haben jeweils zwei, spiegel­ bildlich zu einer horizontalen Axialebene 56 schrägverlaufende Ram­ pen 58, die von den ebenen Innenflächen der Primärgliedteile 42 vorstehen und am vorderen Ende der Primär­ gliedteile 42 einen Abstand etwa gleich der Höhe des Zugankers 44 haben und deren Abstand sich nach hinten bis auf die volle Höhe der Primärgliedteile 42 vergrößert.

Auf den beiden oberen Rampen 58 der Primärgliedteile 42 stützt sich ein oberes Druckglied 60 mittels entsprechend schrägverlaufen­ der Schultern 62 ab, die beidseitig vom Grundkörper des Druckgliedes 60 abstehen, welcher dieselbe Breite wie der Zuganker 44 hat und zwischen den Primärgliedteilen 42 geführt ist. Entsprechend über­ brückt ein unteres Druckglied 60 den Abstand zwischen den beiden Primärgliedteilen 42 und liegt mit seinen beiden Schrägschultern 62 am unteren Rampenpaar 58 der Primärgliedteile 42 an. Die beiden Primärgliedteile 42 und die beiden Druckglieder 60 bilden also querschnittsmäßig einen umfangsgeschlossenen Rahmen, durch den sich der Zuganker 44 hindurcherstreckt. Bei Verschiebung der Druckstange 32 verschieben sich die beiden Primärgliedteile 42, so daß die beiden Druckglieder 60 hauptsächlich radial nach außen bewegt werden.

Die beiden Druckglieder 60 haben, in einem vertikalen Axialschnitt gesehen, jeweils eine trapezförmige Gestalt. Wobei die beiden Trapezseiten von ebenen Abwälzflanken 64 gebildet werden, die jeweils mit der Radialrichtung einen spitzen Winkel a bilden.

Am Hinterende der Kammer 40 sind zwischen den beiden Primärglied­ teilen 42 ein oberer und unterer Widerlagerkörper 66 eingesetzt die außen kreisbogenförmig konturiert sind entsprechend der Innenkontur der zylindrischen Kammer 40 und die innenseitig an der Oberfläche und der Bodenfläche des Zugankers 44 geführt sind. Diese Widerlagerkörper 66 einerseits und die Scheibe 46 anderer­ seits haben jeweils einander zugewandte Abwälzflächen 68, 70, die je mit einer Radialebene denselben Winkel b einschließen. Der Win­ kel b ist größer als der Winkel a, so daß sich der durch ein Abwälzflächenpaar 64, 68 gebildete Spalt in der Breite nach außen verjüngt. In jedem dieser vier Spalten befindet sich eine zylindrische Walze 72 und eine Schraubendruckfeder 74, die zwischen der Vorderseite der Scheibe 46 und einem Gehäusedeckel 76 eingesetzt ist, sorgt dafür, daß die vier gleichdimensio­ nierten Walzen 72 an den Abwälzflächen 64, 68 anliegen.

Wird also die Druckstange 32 des Schraubstockes 10 in Richtung des Pfeiles 79 (Fig. 4) bewegt, so gelangen die beiden Druck­ bolzen 52 aus der in der oberen Hälfte von Fig. 4 dargestellten Stellung in die, in der unteren Hälfte gezeigte Stellung. Ent­ sprechend werden die beiden Primärgliedteile 42 bewegt. Die beiden Druckglieder 60 werden dadurch gegensinnig nach außen bewegt. Diese Radialbewegung wird über die vier Walzen 72 und die Schrägstellung der Abwälzflächen 64, 68 in eine Axialbewe­ gung der durch Scheibe 46 und des aus Zuganker 44 und Flansch 48 gebildeten Zugorgans umgewandelt. Das Hubverhältnis ist dem Kraft­ verstärkungsverhältnis umgekehrt proportional.

Wie sich aus Fig. 4 ergibt, kann die Scheibe 46 mit einem nach vorn aus dem Gehäuse 12 herausragenden Bund 78 versehen sein, um hier eine verstärkte Druckkraft abnehmen zu können.

Fig. 5 veranschaulicht den Einbau des Kraftverstärkers 34 in eine kreiszylindrische Einbauhülse 80, so daß ein leicht austausch­ bares Einschubmodul gebildet wird. Der Ringflansch 48 weist hier stirnseitige Schraublöcher 82 auf um ein passend ausgebildetes Zugelement anschrauben zu können. Die Bewegungsstrecke x stellt die Primärbewegung des Kraftverstärkers dar. Die Strecke y ist der entsprechende Hub des Sekundärgliedes 46 und des mit ihm verbundenen Zugorgans 44, 48.

Nachzutragen wäre noch, daß am Hinterende der Zughülse 36 eine Schutzhülse 90 befestigt ist, die sich in den Ringspalt zwischen Schlitten 16 und Schraubspindel 20 tief hineiner­ streckt, so daß letztere in jeder beliebigen Stellung des Schlittens 16 im Bereich beider Spannbacken 14, 18 abgedeckt ist.

Claims (14)

1. Mechanischer Kraftverstärker mit Primärglied, Wälzkörpersystem und Sekundärglied, wobei das Primärglied ein, das Wälzkörpersystem radial verlagerndes Keilflächenpaar aufweist, dessen Keilflächen spiegelbildlich zu einer, den Kraftverstärker in zwei spiegelbildliche Hälften unterteilenden ersten Axialebene ausgebildet sind und das Wälzkörpersystem in jeder dieser Hälften ein Wälzkörperpaar aufweist und wobei das Primärglied an einem Ende des Kraftverstärkers eine Anschlußfläche für einen Druckgeber aufweist und das Sekundärglied mit einem an demselben Ende herausgeführten Zugorgan verbunden oder verbindbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Primärglied aus zwei spiegelbildlich zu einer, auf der genannten ersten Axialebene (56) rechtwinklig stehenden zweiten Axialebene (57) angeordneten, synchron bewegbaren Teilen (42) besteht, zwischen denen ein mit dem Sekundärglied (46) verbundener Zuganker (44) des Zugorgans (44, 48) und das Wälzkörpersystem (60, 72) angeordnet sind, und daß zwischen den Wälzkörpern (72) jedes Wälzkörperpaares ein sich radial nach außen verjüngendes Druckglied (60) angeordnet ist, das an beiden Enden mit beiden Primärgliedteilen (42) über schräg zu der ersten Axialebene (56) verlaufende, das Keilflächenpaar bildende Rampen (58) in Gleitverbindung steht.

2. Kraftverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er als Einschubmodul in eine zylindrische Hülse (80) eingebaut ist.

3. Kraftverstärker nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Sekundärglied eine, am, von dem Druckgeberende abgewandten Ende vorgesehene Scheibe (46) aufweist, die mit einem, wenigstens teilweise das Zugorgan (44, 48) bildenden zentralen Zuganker (44) verbunden ist, der den Kraftverstärker (34) axial durchsetzt und an dem Druckgeberende einen Flansch (48) zur Befestigung eines Zugelementes (Zughülse (36) aufweist.

4. Kraftverstärker nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Flansch (48) von zwei axialen, radial beabstandeten Druckbolzen (52) durchsetzt wird, die mit ihren einen Enden je mit einem der Primärgliedteile (42) in Verbindung stehen und mit ihren anderen Enden durch ein vom Druckgeber beaufschlagbares Kupplungsstück (54) miteinander verbunden sind.

5. Kraftverstärker nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Primärgliedteile (42) außen von koaxialen Kreiszylinderflächen gleichen Durchmessers begrenzt sind.

6. Kraftverstärker nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Zugorgan (44, 48) zwei parallele Seitenflächen aufweist, die Schiebeführungen für die innenseitig wenigstens im Mittelbereich eben ausgebildeten Primärgliedteile (42) bilden.

7. Kraftverstärker nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Sekundärgliedscheibe (46) an dem vom Druckgeberende abgewandten Ende aus dem Kraftverstärker (34) herausgeführt ist und einen Sekundärdruckgeber bildet.

8. Kraftverstärker nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckglieder (60) querschnittsmäßig gleich ausgebildet und spiegelbildlich zueinander angeordnet sind und je einen trapezförmigen Querschnitt aufweisen, wobei die Trapezseiten durch nach außen konvergierende Abwälzflächen (64) definiert sind, die jeweils denselben Winkel (a) mit der Radialrichtung bilden.

9. Kraftverstärker nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Wälzkörper (72) jedes Wälzkörperpaares als Walzen mit demselben Durchmesser ausgebildet sind.

10. Kraftverstärker nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Sekundärgliedscheibe (46) zwei den beiden Druckgliedern (60) zugewandte ebene Abwälzflächen (70) aufweist, die mit der Radialrichtung einen Winkel (b) bilden, daß am anderen Ende des Kraftverstärkers (34) Widerlagerkörper (66) angeordnet sind, die ebenfalls je eine Abwälzfläche (68) aufweisen, die mit der Radialrichtung einen Winkel (b) gleich dem der Abwälzflächen (70) des Sekundärgliedes aufweisen, und daß der jeweils auf die Radialrichtung bezogene Winkel (b) der Abwälzflächen (68, 70) größer als derjenige (a) der Abwälzflächen des Druckgliedes (60) ist.

11. Maschinenschraubstock, dadurch gekennzeichnet, daß er einen Kraftverstärker nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 10 aufweist.

12. Maschinenschraubstock nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß er ein Gehäuse (12) aufweist, an dessen einem Ende eine feste Spannbacke (14) befestigt oder befestigbar ist, ein am Gehäuse (12) verschiebbar geführter Schlitten (16) vorgesehen ist, im Gehäuse (12) eine hohle Schraubspindel (20) drehbar gelagert und mit dem Schlitten (16) in Schraubeingriff steht, in der Schraubspindel (20) eine, einen Teil eines Druckgebers bildende Druckstange (32) gelagert ist, daß weiterhin an dem, von der festen Spannbacke (14) abgewandten Ende der Schraubspindel (20) eine Antriebsvorrichtung (24, 26) angreift, die eine Drehmomentkupplung (28) aufweist, welche bei Überschreiten eines bestimmten Eingangsmomentes der Antriebsvorrichtung (24, 26) das Weiterdrehen der Schraubspindel (20) unterbricht und statt dessen die Druckstange (32) in der Schraubspinde (20) axial verschiebt, und daß der Kraftverstärker (34) in einer Aufnahmekammer (40) am festbackenseitigen Ende des Gehäuses (12) angeordnet ist, und daß das Zugorgan (44, 48) mit der Schraubspindel (20) relativ drehbar verbunden ist.

13. Maschinenschraubstock nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Schraubspindel (20) an ihrem festbackenseitigen Ende in einer länglich ausgebildeten koaxialen Zughülse (36) drehbar gelagert ist, die mit dem Zugorgan (44, 48) des Kraftverstärkers (34) zugfest verbunden und im Gehäuse (12) des Maschinenschraubstockes (40) axial verschiebbar geführt ist.

14. Maschinenschraubstock nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Zugorgan (44, 48) am Druckgeberende einen Flansch (48) aufweist, der in einer Bohrung (50) des Gehäuses (12) des Maschinenschraubstockes (10) verschiebbar gelagert ist.