DE4139317A1 - Hydraulisch betaetigbarer schwenkspanner - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen hydraulisch betätigbaren Schwenkspanner, insbesondere zum Festspannen eines Werk­ stückes oder Werkzeuges an einer Bearbeitungsmaschine, mit einem in einem ersten Zylinderraum eines Gehäuses axial verschiebbaren Spannkolben, dessen fest mit ihm verbundene Kolbenstange an ihrem aus dem Gehäuse heraus­ ragenden Ende einen Spannarm trägt, mit einem koaxial zum Spannkolben in einem zweiten Zylinderraum des Gehäu­ ses angeordneten, hierin axial verschiebbaren sowie ver­ drehbaren Steuerkolben, der eine in einen Hohlraum des Spannkolbens und der Spannkolbenstange ragende Steuerkol­ benstange trägt, die drehfest, jedoch axial verschiebbar mit dem Spannkolben verbunden ist, und mit mindestens einer mit dem Steuerkolben verbundenen Steuerkurve, die benachbart des Steuerkolbens einen schraubenförmigen Ab­ schnitt aufweist und in welche mindestens eine in einem im Gehäuse festgelegten Ring gelagerte Steuerkugel eingreift.

Bei einem bekannten Schwenkspanner dieser Art (EP-3 18 141 A2) ist der Spannkolben in dem ersten Zylinderraum beid­ seitig beaufschlagbar. Ein Teil des Steuerkolbens ragt in den ersten Zylinderraum und ist somit in der einen Verschieberichtung von dem ersten Zylinderraum und in der anderen Verschieberichtung von dem zweiten Zylinder­ raum aus beaufschlagbar. Beide Seiten des Steuerkolbens sind auf der gesamten Kolbenfläche beaufschlagbar, so daß auf den Steuerkolben jeweils verhältnismäßig große Drücke einwirken, die den Steuerkolben verschieben und dabei über den schraubenförmigen Abschnitt der Steuerkurven ein Verdrehen des Steuerkolbens um seine Achse bewirken. Da der Steuerkolben über seine nachstehend noch näher beschriebene Steuerkolbenstange drehfest mit dem Spann­ kolben verbunden ist, dreht er bei seiner Verdrehung auch den Spannkolben und den am Ende der Spannkolben­ stange vorgesehenen Spannarm. Wenn der Spannarm auf irgendeinen Widerstand stößt, kann es bei dem bekannten Schwenkspanner zu Beschädigungen kommen. Aus diesem Grund muß an geeigneter Stelle eine Überlastsicherung vorgesehen sein, die bei Blockierung des Spannarmes aus­ rastet. Wenn jedoch ein derartiges Ausrasten erfolgt ist, dann muß der Spannarm nach Behebung der Störung manuell wieder in seine Ausgangsposition gegenüber dem Steuerkolben zurückgedreht werden, was einen entspre­ chenden Arbeitsaufwand erfordert. Der bekannte Schwenk­ spanner weist auch einen verhältnismäßig komplizierten Aufbau auf. Um die Steuerkolbenstange drehfest, jedoch axial verschiebbar mit dem Spannkolben zu verbinden, weist nämlich die Steuerkolbenstange einen sechseckigen Querschnitt auf und greift in eine im Spannkolben fixierte Führungshülse mit einer ebenfalls sechskantigen Ausnehmung ein. Diese Teile sind teuer in der Herstel­ lung. Außerdem sind bei dem bekannten Schwenkspanner zwei schraubenförmige Steuerkurven an einem Ansatz vor­ gesehen, der an der der Steuerkolbenstange gegenüber­ liegenden Seite des Steuerkolbens angeordnet ist. Diese schraubenförmigen Steuerkurven können deshalb nur in einem separaten Arbeitsgang hergestellt werden. Damit der bekannte Schwenkspanner über nur zwei Anschlüsse mit Druckmitteln versorgt werden kann, weist er in sei­ nem Gehäuse auch ein hydraulisch entsperrbares Rück­ schlagventil auf. Infolge der Konstruktion des bekann­ ten Schwenkspanners und seiner hydraulischen Schaltung ist die Kolbendichtung des Spannkolbens in seiner aus­ gefahrenen Stellung mit Druck beaufschlagt. Hierdurch entsteht zwischen der Kolbendichtung und der Zylinder­ wand des ersten Zylinderraums eine erhebliche Reibung, zu deren Überwindung auf den Steuerkolben eine erheb­ liche Kraft wirken muß. Dies ist auch ein Grund, warum die Flächen des Steuerkolbens nicht beliebig verkleinert werden können und eine Überlastsicherung erforderlich machen. Außerdem ist es auch erforderlich, eine Vielzahl von Steuerkugeln vorzusehen, damit durch die schrauben­ förmigen Steuernuten das erforderliche hohe Drehmoment erzeugt wird. Außerdem kann es bei dem bekannten Schwenk­ spanner zu Fehlfunktionen kommen, da beim Ausfahren des Spannkolbens über das gleichzeitig geöffnete Rückschlag­ ventil infolge des Staudruckes auch ein Druckaufbau im zweiten Zylinderraum stattfinden kann, der während der Ausfahrbewegung des Spannkolbens auch den Steuerkolben verschiebt und damit ein ungewolltes Schwenken beider Kolben bewirkt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen hydrau­ lisch betätigbaren Schwenkspanner der eingangs erwähn­ ten Art zu schaffen, der einfacher im Aufbau ist und bei dem auch eine Überlastsicherung entfallen kann.

Dies wird nach der Erfindung dadurch erreicht, daß die Steuerkolbenstange an ihrem in den Hohlraum ragenden freien Ende einen gegenüber diesem abgedichteten Ring­ kolben trägt, daß in der Mantelfläche der Steuerkolben­ stange die Steuerkurve eingearbeitet ist, die anschließend an den Ringkolben in ihrem in den Hohlraum ragen­ den Bereich einen axial verlaufenden Abschnitt aufweist, an den sich zum Steuerkolben hin der schraubenförmige Abschnitt unmittelbar anschließt, daß in dem Spannkolben eine Führungskugel ortsfest drehbar gelagert ist, die ausschließlich in den axial verlaufenden Abschnitt ein­ greift, daß der Ring zwischen Spannkolben und Steuerkol­ ben angeordnet ist und in ihm die Steuerkugel ortsfest drehbar gelagert ist, die wechselweise in den axialen und in den schraubenförmigen Abschnitt eingreift, daß der Steuerkolben an seiner der Steuerkolbenstange abge­ wandten Seite einen Rohransatz trägt, der abgedichtet im Gehäuse verschiebbar ist, und daß zum Ausfahren der Spannkolbenstange nur der zwischen Spannarm und Ringkol­ ben befindliche Teil des Hohlraumes über den Rohransatz und eine zentrale, den Steuerkolben und die Steuerkolben­ stange durchsetzende Axialbohrung mit Druckmittel beauf­ schlagbar ist.

Der neue Schwenkspanner ist mit wenigen, einfach anzufer­ tigenden Bauteilen aufgebaut. Insbesondere die zur ver­ drehsicheren Führung der Steuerkolbenstange gegenüber dem Spannkolben und die zum Verschwenken des Steuerkol­ bens erforderlichen Teile sind besonders einfach her­ stellbar. Die Steuernut, die einen axialen und einen unmittelbar daran anschließenden schraubenförmigen Ab­ schnitt aufweist, ist in einem Arbeitsgang herstellbar und erfüllt zwei Funktionen. Sie dient einerseits zur Verdrehsicherung, jedoch axial verschiebbaren Verbindung zwischen Steuerkolbenstange und Spannkolben und anderer­ seits auch zum Verdrehen des Steuerkolbens gegenüber dem Gehäuse. Die in die Steuernut eingreifende Führungskugel und die Steuerkugel sind handelsübliche Bauteile. Sie können in einfacher Weise jeweils in einer Radialbohrung im Spannkolben bzw. in dem Ring ortsfest drehbar gela­ gert werden. Der zum Zurückschwenken des Steuerkolbens in seine Ausgangslage dienende Ringkolben weist eine ver­ hältnismäßig kleine wirksame Ringfläche auf, da der Ring­ kolben innerhalb der Spannkolbenstange angeordnet ist. Hierdurch wird erreicht, daß die den Steuerkolben betä­ tigende Kraft wesentlich kleiner ist als die eigentliche Spannkraft, so daß eine Zerstörung des Schwenkmechanis­ mus bei Blockierung des Spannarmes verhindert wird. Es ist deshalb auch keine Überlastsicherung erforderlich und das manuelle Ausrichten des Spannarmes gegenüber dem Steuerkolben, welches bei Verwendung einer Überlast­ sicherung erforderlich ist, entfällt.

Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß der Schwenkspanner zur Druckmittel­ versorgung nur zwei Anschlüsse aufweist, von denen der erste Anschluß über eine erste Verbindungsleitung mit dem Rohransatz verbunden ist, und der zweite Anschluß über eine zweite Verbindungsleitung mit der dem Spannarm zugekehrten Seite des ersten Zylinderraumes verbunden ist, daß in der zweiten Verbindungsleitung ein hydrau­ lisch entsperrbares Rückschlagventil angeordnet ist, dessen federbelastete Ventilkugel in ihrer ersten Schließstellung einen ersten Durchlaß zu der dem Spann­ arm abgekehrten Seite des zweiten Zylinderraumes sperrt, solange der Druck in der ersten Verbindungsleitung unter­ halb eines vorbestimmten Wertes liegt, daß das hydrau­ lisch entsperrbare Rückschlagventil einen von dem Druck in der ersten Verbindungsleitung beaufschlagbaren Schalt­ kolben aufweist, der über einen Stößel auf die Ventil­ kugel einwirkt, daß auf den Schaltkolben eine zusätzli­ che Federanordnung einwirkt und diesen in seiner der ersten Schließstellung der Ventilkugel entsprechenden Ruhestellung hält, solange der Druck in der ersten Ver­ bindungsleitung unterhalb des vorbestimmten Wertes liegt, und daß gegenüber dem ersten Durchlaß ein zweiter, zu dem ersten Zylinderraum führender Durchlaß vorgesehen ist, der durch die Ventilkugel unter Wirkung des Schalt­ kolbens und des Stößels verschließbar ist, sobald der Druck in der ersten Verbindungsleitung den vorbestimmten Wert überschreitet.

Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, daß der dem Steuer­ kolben zugeordnete zweite Zylinderraum immer nur dann mit Druck beaufschlagbar ist, wenn sich der Spannkolben in seiner vollständig ausgefahrenen Stellung befindet. Es werden damit Fehlfunktionen des Schwenkspanners ver­ mieden. Außerdem ist die Kolbendichtung des Spannkolbens in seiner vollständig ausgefahrenen Lage nicht mit Druck beaufschlagt. Hierdurch kann das von dem Steuerkolben zum Schwenken des Spannkolbens notwendige Drehmoment verringert werden. Dies trägt ebenfalls zu einer Verein­ fachung des Aufbaues bei. Das geringere Drehmoment trägt auch dazu bei, daß die zum Ausfahren des Steuerkolbens erforderliche Kolbenfläche kleiner gehalten werden kann, wodurch geringere Kräfte auf den Schwenkmechanismus ein­ wirken und bei einer eventuellen Blockierung des Schwenk­ armes eine Beschädigung des Schwenkmechanismus noch bes­ ser vermieden wird.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den übrigen Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die Erfindung ist in folgendem, anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher er­ läutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt des Schwenkspanners in Ruhe­ stellung mit versenktem Spannarm,

Fig. 2 einen Längsschnitt mit vollständig ausgefahrener Spannkolbenstange,

Fig. 3 einen Längsschnitt mit vollständig ausgefahrener, um 90° gedrehter Spannkolbenstange,

Fig. 4 einen Längsschnitt in Spannstellung,

Fig. 5 einen Querschnitt nach der Linie V-V der Fig. 4,

Fig. 6 Einzelheiten des umschaltbaren Rückschlagventils im Längsschnitt,

Fig. 7 eine Ansicht des Schwenkspanners in Richtung VII der Fig. 4.

Das Gehäuse 1 weist einen ersten Zylinderraum 2 auf, in welchem der Spannkolben 3 verschiebbar ist. Der Spann­ kolben 3 ist mit der Spannkolbenstange 4 fest verbunden, die an ihrem freien Ende den Spannarm 5 trägt. In einem zweiten Zylinderraum des Gehäuses 1 ist ein Steuerkol­ ben 7 koaxial zum Spannkolben 3 verschiebbar sowie um seine Achse drehbar angeordnet. Dieser Steuerkolben 7 weist an einer Seite eine Steuerkolbenstange 8 auf, die in einen Hohlraum 9 des Spannkolbens 3 und der Spann­ kolbenstange 4 hineinragt. Auf der anderen Seite trägt der Steuerkolben 7 einen Rohransatz 10, der mittels der Dichtung 11 gegenüber dem Gehäuse 1 abgedichtet und in ihm verschiebbar ist.

Die Steuerkolbenstange 8 trägt an ihrem in den Hohlraum 9 ragenden Ende einen gegenüber dem Hohlraum 9 abgedichte­ ten Ringkolben 12. In der Mantelfläche 8a der Steuerkol­ benstange 8 ist eine Steuerkurve 13 eingearbeitet, die anschließend an den Ringkolben 12 in ihrem in den Hohl­ raum 9 ragenden Bereich einen axial verlaufenden Ab­ schnitt 13a aufweist. An diesen axial verlaufenden Ab­ schnitt 13a schließt sich zum Steuerkolben 7 hin ein schraubenförmiger Abschnitt 13b unmittelbar an. In dem Spannkolben 3 ist in einer Radialbohrung 14 eine Füh­ rungskugel 15 gegenüber dem Spannkolben 3 ortsfest dreh­ bar gelagert, die ausschließlich in den axial verlaufen­ den Abschnitt 13a der Steuerkurve 13 eingreift. Zwischen dem Spannkolben 3 und dem Steuerkolben 7 bzw. zwischen den beiden Zylinderräumen 2 und 6 ist ein Ring 16 ange­ ordnet, der in dem Gehäuse 1 festgelegt ist. In einer Radialbohrung 17 dieses Ringes ist eine Steuerkugel 18 ortsfest drehbar gelagert, die je nach Stellung des Steuerkolbens 8 wechselweise in den axialen Abschnitt 13a oder den schraubenförmigen Abschnitt 13b der Steuer­ kurve 13 eingreift.

Ferner ist es vorteilhaft, diametral gegenüberliegend zur Steuerkurve 13 eine zweite gleichartige Steuerkurve 13′ in der Steuerkolbenstange 8 vorzusehen, in wel­ che in entsprechender Weise eine Führungskugel 15′ und eine Steuerkugel 18′ eingreift. Durch die diametral gegenüberliegende Anordnung von zwei Steuerkurven 13, 13′ werden Querkräfte auf die Steuerkolbenstange 8 ver­ mieden. Gegebenenfalls können auch weitere Steuernuten in der Steuerkolbenstange 8 vorgesehen sein.

Der Steuerkolben 7 und die Steuerkolbenstange 8 weisen ferner eine Axialbohrung 19 auf, die in den Rohransatz 10 übergeht. Über diese Axialbohrung 19 ist der zwischen dem Spannarm 5 und dem Ringkolben 12 befindliche Teil 9a des Hohlraumes 9 mit Druckmittel beaufschlagbar.

Der Schwenkspanner weist zur Druckmittelversorgung nur zwei Anschlüsse A, B auf. Der erste Anschluß A steht über eine erste Verbindungsleitung 20 mit dem Rohran­ satz 10 in Verbindung. Der zweite Anschluß B ist über eine zweite Verbindungsleitung 21a, 21b, 21c mit der dem Spannarm 5 zugekehrten Seite des ersten Zylinder­ raumes 2 verbunden. In dieser zweiten Verbindungslei­ tung 21a-21c ist ein hydraulisch entsperrbares Rück­ schlagventil 22 mit einer durch die Feder 23 belasteten Ventilkugel 24 vorgesehen. Unter Wirkung der Feder 23 sperrt die Kugel 24 normalerweise einen ersten Durch­ laß 25 zu einer Leitung 26, die an der dem Spannarm 5 abgekehrten Seite des zweiten Zylinderraumes 6 mündet.

Das hydraulisch entsperrbare Rückschlagventil 22 weist ferner einen Schaltkolben 27 auf, der mit einem Stößel 28 verbunden ist und über diesen auf die Ventilkugel 24 ein­ wirken kann. Dieser Schaltkolben 27 liegt im Bereich des ersten Anschlusses A bzw. der ersten Verbindungsleitung 20 und wird von dem in A bzw. 20 herrschenden Druck be­ aufschlagt.

Es ist ferner eine zusätzliche Federanordnung 29 vorge­ sehen, die auf den Schaltkolben 27 einwirkt und diesen in seiner der Schließstellung des Rückschlagventiles 23, 24 entsprechenden, in Fig. 6 dargestellten, Ruhestel­ lung hält, solange der Druck in der ersten Verbindungs­ leitung 20 unterhalb eines vorbestimmten Wertes liegt. Die Federkraft der zweiten Federanordnung 29 ist zweck­ mäßig so bemessen, daß der Schaltkolben 27 in Ruhestel­ lung gehalten wird, bis der Druck in der ersten Verbin­ dungsleitung etwa ein Viertel des Betriebsdruckes er­ reicht hat, wobei der Betriebsdruck beispielsweise bei 400 bar liegt.

Gegenüber dem ersten Durchlaß 25 weist das Rückschlag­ ventil 22 einen zweiten Durchlaß 30 auf, der zu dem Teil 21c der zweiten Verbindungsleitung führt. Dieser zweite Durchlaß 30 ist durch die Ventilkugel 24 verschließbar, sobald der Druck in der ersten Verbindungsleitung 20 den vorbestimmten Wert überschreitet und hierdurch der Schaltkolben 27 entgegen der Kraft der zweiten Federan­ ordnung 29 angehoben wird. Hierdurch drückt der Stößel 28 die Ventilkugel 24 gemäß Fig. 6 nach oben, wodurch der zweite Durchlaß 30 geschlossen wird.

Die Arbeitsweise des Schwenkspanners ist folgende:

In Ausgangsstellung nehmen die Teile des Schwenkspanners die in Fig. 1 dargestellte Position ein, wobei der Spannarm 5 vollständig in das Gehäuse 1 versenkt ist. Soll nun der Spannarm 5 zum Spannen eines Werkzeuges oder Werkstückes ausgefahren werden, dann wird der An­ schluß A mit Druck beaufschlagt. Dieser Druck beträgt zunächst weniger als ein Viertel des Betriebsdruckes, liegt also unter 100 bar, wodurch das hydraulisch ent­ sperrbare Rückschlagventil 22 in seiner in Fig. 1 und 6 dargestellten Stellung verbleibt. Der am Anschluß A herr­ schende Druck pflanzt sich über die erste Verbindungslei­ tung 20, den Rohransatz 10, die Axialbohrung 19 in den oberen Teil 9a des Hohlraumes 9 fort, und beaufschlagt die den Hohlraum 9a zum Spannarm 5 hin begrenzende Fläche 9b sowie die Fläche 12a des Ringkolbens 12. Hierdurch wird die Spannkolbenstange 4 nach oben aus dem Gehäuse 1 ausgefahren, wobei der Spannkolben 3 das im ersten Zylin­ derraum 2 enthaltene Druckmittel über den Teil 21c der Verbindungsleitung verdrängt. Da gleichzeitig auch die Ringfläche 12a des Ringkolbens 12 mit Druck beaufschlagt wird, wird der Steuerkolben 7 in der in Fig. 1 gezeigten Ruhestellung gehalten. Beim Ausfahren der Spannkolben­ stange 4 gegenüber der Steuerkolbenstange 8 bewegt sich die Führungskugel 15 in dem axialen Abschnitt 13a der Steuerkurve 13, wodurch ein Verdrehen des Spannkolbens 3 gegenüber der Steuerkolbenstange 8 vermieden wird und die Spannkolbenstange 4 linear ausgefahren wird. Das im Zylinderraum 2 bzw. Teil 2c enthaltene Druckmittel ist drucklos bzw. steht unter dem sogenannten Staudruck. Unter Staudruck wird in hydraulischen Systemen derjenige Druck verstanden, der durch Reibungswiderstände in Lei­ tungen, Ventilen usw. entstehen. Das durch die Verbin­ dungsleitung 21c entweichende Druckmittel könnte bei der in Fig. 1 und 6 gezeigten Stellung des Rückschlagven­ tiles 22 über den Teil 21b und den Teil 21a in den Tank entweichen. Da jedoch der Staudruck in diesen Leitungs­ teilen 21b, 21a u. U. zu groß ist, kann ein Umgehungs­ rückschlagventil 31 vorgesehen sein, über welches das Druckmittel aus dem Leitungsteil 21c leichter entweichen kann.

Wenn gemäß Fig. 2 die Spannkolbenstange 4 vollständig ausgefahren ist, stützt sich der Spannkolben 3 unter Zwischenschaltung des Nadellagers 32 am oberen Ende 2a des Zylinderraumes 2 ab. Hierdurch steigt der Druck in der Verbindungsleitung 20 über den vorbestimmten Wert von ca. 100 bar und drückt den Schaltkolben 27 in seine obere Stellung. Der Stößel 28 drückt die Ventilkugel 24 nach oben, wodurch der erste Durchlaß 25 geöffnet und der zweite Durchlaß 30 verschlossen wird. Anschließend wird auch der zweite Anschluß B mit Druck beaufschlagt, der sich über die Leitungsteile 21a, 21b, den ersten Durchlaß 25 und die Leitung 26 zum zweiten Zylinderraum 6 fortpflanzt. Es wird hierdurch die dem Spannarm 25 ab­ gekehrte, untere Ringfläche 7a des Steuerkolbens 7 mit Druck beaufschlagt. Da diese Ringfläche 7a größer ist als die Ringfläche 12a des Ringkolbens 12, wird der Steuerkolben nach oben in seine in Fig. 3 dargestellte Stellung gedrückt. Hierbei gelangt die im Ring 16 gehal­ tene Steuerkugel 18 in den schraubenförmigen Abschnitt 13b der Steuerkurve 13. Unter Wirkung des schraubenför­ migen Abschnittes 13b wird die Steuerkolbenstange 8 um ihre Achse gedreht und nimmt dabei auch den Spannkolben 3 mit der Spannkolbenstange 4 mit. Der Spannarm 5 wird hierdurch um 90° in die in Fig. 3 dargestellte Stellung geschwenkt. In dieser Stellung befindet sich der Spann­ arm nunmehr über dem zu spannenden Werkzeug oder Werk­ stück. Während der Axialbewegung des Steuerkolbens 7 und des Drehens des Steuerkolbens 7 sowie des Spannkolbens 3 wird die Spannkolbenstange 4 durch den auf die Fläche 9b wirkenden Druck in ihrer vollständig ausgefahrenen Stel­ lung gehalten. Da gleichzeitig der zweite Durchlaß 30 durch die angehobene Ventilkugel 24 geschlossen ist, wird verhindert, daß die obere Kolbenfläche 3a des Spann­ kolbens 3 über das Leitungsteil 21c mit Druck beauf­ schlagt wird. Es wird hiermit sichergestellt, daß die Spannkolbenstange während des Schwenkens in ihrer voll­ ständig ausgefahrenen Stellung verbleibt und nicht wäh­ rend des Schwenkens bereits in Spannstellung verschoben wird.

Sobald der Spannarm 5 in seine Spannstellung geschwenkt wurde, werden beide Anschlüsse A und B drucklos geschal­ tet. Hierdurch wird der Schaltkolben 27 unter Wirkung der Federanordnung 29 in seine in Fig. 4 und 6 gezeigte Ruhestellung zurückgedrückt. Auch die Ventilkugel 24 kann nunmehr unter Wirkung der Feder 23 wieder in ihre Ausgangsstellung zurückkehren. Sie verschließt den ersten Durchlaß 25 und gibt den zweiten Durchlaß 30 frei. Wird nunmehr der zweite Anschluß B mit Druck beaufschlagt, so kann sich dieser Druck über die Leitungsteile 21a, 21b und 21c zu dem oberen Teil des ersten Zylinderraumes 1 fortpflanzen und auf die dem Spannarm 5 zugekehrte obere Ringfläche 3a des Spannkolbens 3 einwirken. Dieser be­ wegt sich unter diesem Druck so lange nach unten, bis sein Spannarm 5 an dem zu spannenden Werkzeug oder Werk­ stück anliegt und dieses fest in Richtung gegen das Ge­ häuse 1 zieht. Der Spannvorgang ist damit beendet. Wäh­ rend der Abwärtsbewegung des Spannkolbens 3 verbleibt der Steuerkolben in seiner in Fig. 4 dargestellten oberen Stellung. Da während der Abwärtsbewegung des Spannkolbens 3 die Führungskugel 15 in den axialen Ab­ schnitt 13a der Steuerkurve 13 eingreift und die ruhende Steuerkolbenstange 8 über die Steuerkugel 18 gegen Dre­ hung gesichert ist, kann sich der Spannkolben 3 während seiner Abwärtsbewegung nicht verdrehen.

Zum Lösen der Spannung wird wiederum der Anschluß A mit Druck beaufschlagt, wodurch über die Axialbohrung 19 auch wieder der Teil 9a des Hohlraumes 9 mit Druck be­ aufschlagt wird. Unter Wirkung des auf die Fläche 9b wirkenden Druckes wird die Spannkolbenstange 4 nach oben ausgefahren, bis sie ihre obere Endstellung erreicht hat. Es baut sich nun im Anschluß A ein entsprechender Druck auf, der auch auf die Ringfläche 12a des Ringkol­ bens 12 wirkt und den Steuerkolben nach unten in seine Ausgangsposition drückt. Hierbei wird unter Wirkung des schraubenförmigen Abschnittes 13b und der Steuerkugel 18 die Steuerkolbenstange 8 wieder in ihre Ausgangsstellung zurückgedreht. Sie dreht dabei auch den Spannkolben 3, wodurch der Spannarm 5 aus seiner Spannstellung wieder in seine Ruhestellung zurückgeschwenkt wird. Die Teile nehmen jetzt wieder die in Fig. 2 dargestellte Position ein. Wird anschließend der Anschluß A wieder drucklos geschaltet, dann kehrt der Schaltkolben 27 in seine untere Stellung zurück und auch die Ventilkugel 24 nimmt wieder ihre in Fig. 6 dargestellte Ausgangsposition ein. Bei Druckbeaufschlagung des Anschlusses B kann sich der Druck über den nunmehr geöffneten Durchlaß 30 zur Ring­ fläche 3a des Spannkolbens 3 fortpflanzen und der Spann­ kolben wird hierdurch nach unten in seine Ruhestellung gedrückt. Eine Verdrehung des Spannkolbens 3 gegenüber der Steuerkolbenstange 8 wird in der beschriebenen Weise durch Eingriff der Führungskugel 15 in den axialen Ab­ schnitt 13a verhindert.

Die Aus- und Einfahrbewegung des Spannkolbens 3 sowie die durch Betätigung des Steuerkolbens 7 verursachte Schwenkbewegung kann in jeder Stellung des erfindungsge­ mäßen Schwenkspanners auch umgekehrt werden, falls dies aus irgendwelchen Gründen erforderlich ist.

Bei den obigen Betrachtungen blieb zunächst außer acht, daß bei Druckbeaufschlagung am Anschluß A auch die Ring­ fläche 10a des Rohransatzes 10 mit Druck beaufschlagt wird. Hierdurch wird auf den Steuerkolben 7 jeweils eine Kraft ausgeübt, die entgegengesetzt zu der Kraft ist, welche bei Druckbeaufschlagung am Anschluß A auf die Ringfläche 12a des Ringkolbens 12 einwirkt. Da die Ring­ fläche 12a jedoch größer ist als die Ringfläche 10a, wirkt bei Druckbeaufschlagung am Anschluß A auf die Steuerkolbenstange 8 stets ein vom Spannarm 5 weg, d. h. nach unten gerichteter Druck, der die Steuerkolbenstange 8 und damit auch den Steuerkolben 7 in seine Ausgangs­ position drückt.

Das beim erfindungsgemäßen Spanner verwendete Rückschlag­ ventil 21 wirkt dank der zweiten Federanordnung 29 und dank des durch die Ventilkugel 24 verschließbaren zwei­ ten Durchlasses 30 wie ein 3/2-Wege-Ventil, das den Druckmittelstrom des zweiten Anschlusses B, je nachdem, ob der Anschluß A mit Druck beaufschlagt ist oder nicht, immer gezielt nur zu der Ringfläche 3a des Spannkolbens 3 oder zu der Ringfläche 7a des Steuerkolbens 7 leitet. Außerdem schaltet das Rückschlagventil 22 dank der Feder­ anordnung 29 erst bei einem vorbestimmten höheren Druck von beispielsweise 100 bar um. Damit werden Fehlfunktionen mit Sicherheit vermieden und es ist insbesondere sicher­ gestellt, daß die Umschaltung von Linearbewegung des Spannkolbens 3 auf Schwenkbewegung nur stattfindet, wenn sich der Spannkolben 3 in seiner ausgefahrenen Endstel­ lung befindet.

Da die beim Ausfahren des Spannkolbens 3 wirksame Fläche 9b wesentlich kleiner ist als die das Einfahren des Spannkolbens bewirkende Ringfläche 3a, ist sicherge­ stellt, daß der Druck zum Ausfahren des Spannkolbens 3 immer größer ist, als ein eventuell im Anschluß B sowie der Verbindungsleitung 21a-21c vorhandener Staudruck. Wäre dieser Staudruck größer, dann könnte dieser Staudruck u. U. ein Schwenken während der Ausfahrbewegung (bei geöff­ netem Durchlaß 25) verursachen. Zweckmäßig ist die den Hohl­ raum 9 zum Spannarm 5 hin begrenzende, druckbeaufschlagbare Fläche 9b und/oder die Ringfläche 12a des Ringkolbens etwa um den Faktor 6 kleiner als die Ringfläche 3a des Spannkolbens.

Außerdem sollte vorteilhaft die dem Rohransatz 10 benach­ barte Ringfläche 7a des Steuerkolbens 7 doppelt so groß sein, wie die Differenz der Ringfläche 12a des Ringkol­ bens 12 minus der Ringfläche 10a am freien Ende des Rohr­ ansatzes 10. Hierdurch ist sichergestellt, daß die auf die Steuerkolbenstange 8 wirkende Einfahrkraft und Aus­ fahrkraft und damit auch das hierdurch zum Schwenken des Spannkolbens 3 erzeugte Drehmoment in beiden Drehrich­ tungen gleich groß ist.

Von Vorteil ist ferner, wenn die Differenz der Ring­ fläche 12a des Ringkolbens 12 minus der Ringfläche 10a des Rohransatzes 10 gleich dem Produkt aus der Wurzel der dem Spannarm 5 zugekehrten Ringfläche 3a des Spann­ kolbens 3 multipliziert mit 5 ist.

Da bei dem erfindungsgemäßen Spanner der Steuerkolben 7 und die Steuerkolbenstange 8 mit einer Axialbohrung 19 versehen ist, kann diese Axialbohrung mit Vorteil auch zur Unterbringung einer zentralen Kontrollstange 33 ver­ wendet werden, die mit dem oberen Ende der Spannkolben­ stange 4 fest verbunden ist. Die Kontrollstange 33 ist durch die Axialbohrung 19 sowie den Rohransatz 10 hin­ durchgeführt, wobei zu diesen Teilen ein genügender Ab­ stand vorhanden ist, der das Hindurchtreten von Druck­ mittel ermöglicht. Die Kontrollstange 33 ist ferner durch die Dichtung 34 abgedichtet aus dem Gehäuse 1 herausgeführt an dem aus dem Gehäuse herausragenden Ende trägt die Kontrollstange 33 einen Schaltnocken 35, der mit mehreren Schaltelementen 36, 37 zusammenwirkt. Die Schaltelemente 36, 37 sind entsprechend den jewei­ ligen Endstellungen des Spannarmes 5 in gegenseitigem Axial- und Umfangsabstand angeordnet. Auf diese Weise kann über die Schaltelemente 36, 37 festgestellt werden, ob sich der Spannarm 5 in seiner in Fig. 1 dargestell­ ten Ruhestellung oder in seiner in Fig. 3 dargestellten Spannposition befindet.

Claims (9)

1. Hydraulisch betätigbarer Schwenkspanner, insbesondere zum Festspannen eines Werkstückes oder Werkzeugs an einer Bearbeitungsmaschine, mit einem in einem ersten Zylinderraum eines Gehäuses axial verschiebbaren Spann­ kolben, dessen fest mit ihm verbundene Kolbenstange an ihrem aus dem Gehäuse herausragenden Ende einen Spann­ arm trägt, mit einem koaxial zum Spannkolben in einem zweiten Zylinderraum des Gehäuses angeordneten, hierin axial verschiebbaren sowie verdrehbaren Steuerkolben, der eine in einen Hohlraum des Spannkolbens und der Spannkolbenstange ragende Steuerkolbenstange trägt, die drehfest, jedoch axial verschiebbar mit dem Spann­ kolben verbunden ist, und mit mindestens einer mit dem Steuerkolben verbundenen Steuerkurve, die benachbart des Steuerkolbens einen schraubenförmigen Abschnitt aufweist und in welche mindestens eine in einem im Gehäuse festgelegten Ring gelagerte Steuerkugel eingreift, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerkolbenstange (8) an ihrem in den Hohlraum (9) ragenden freien Ende einen gegenüber diesem abgedichteten Ringkolben (12) trägt, daß in der Mantelfläche (8a) der Steuerkolbenstange (8) die Steuerkurve (13, 13′) eingearbeitet ist, die an­ schließend an den Ringkolben (12) in ihrem in den Hohl­ raum (9) ragenden Bereich einen axial verlaufenden Ab­ schnitt (13a) aufweist, an den sich zum Steuerkolben (7) hin der schraubenförmige Abschnitt (13b) unmittel­ bar anschließt, daß in dem Spannkolben (3) eine Füh­ rungskugel (15, 15′) ortsfest drehbar gelagert ist, die ausschließlich in den axial verlaufenden Abschnitt (13a) eingreift, daß der Ring (16) zwischen Spannkolben (3) und Steuerkolben (7) angeordnet ist und in ihm die Steuerkugel (18, 18′) ortsfest drehbar gelagert ist, die wechselweise in den axialen (13a) und in den schraubenförmigen Abschnitt (13b) eingreift, daß der Steuerkolben (7) an seiner der Steuerkolbenstange (8) abgewandten Seite einen Rohransatz (10) trägt, der ab­ gedichtet im Gehäuse (1) verschiebbar ist, und daß zum Ausfahren der Spannkolbenstange (4) nur der zwischen Spannarm (5) und Ringkolben (12) befindliche Teil (9a) des Hohlraumes (9) über den Rohransatz (10) und eine zentrale, den Steuerkolben (7) und die Steuerkolben­ stange (8) durchsetzende Axialbohrung (19) mit Druck­ mittel beaufschlagbar ist.

2. Schwenkspanner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an der Steuerkolbenstange (8) zwei gleichartige Steuernuten (13, 13′) diametral gegenüberliegend ange­ ordnet sind und daß im Spannkolben (3) sowie dem Ring (16) eine entsprechende Anzahl von Führungs- und Steuer­ kugeln (15, 15′; 18, 18′) gelagert ist.

3. Schwenkspanner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die den Hohlraum (9) in Richtung zum Spannarm (5) begrenzende, druckbeaufschlagbare Fläche (9b) und/oder die Ringfläche (12a) des Ringkolbens (12) kleiner ist als die dem Spannarm (5) zugekehrte Ringfläche (3a) des Spannkolbens (3).

4. Schwenkspanner nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die den Hohlraum (9) zum Spannarm (5) hin begrenzen­ de, druckbeaufschlagbare Fläche (9b) und/oder die Ring­ fläche (12a) des Ringkolbens (12) etwa um den Faktor 6 kleiner ist als die Ringfläche (3a) des Spannkol­ bens (3).

5. Schwenkspanner nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Rohransatz (10) benachbarte Ringfläche (7a) des Steuerkolbens doppelt so groß ist wie die Differenz der Ringfläche (12a) des Ringkolbens (12) minus der Ringfläche (10a) am freien Ende des Rohr­ ansatzes (10).

6. Schwenkspanner nach Anspruch 4 und 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Differenz der Ringfläche (12a) des Ringkolbens (12) minus der Ringfläche (10a) des Rohr­ ansatzes (10) gleich dem Produkt aus der Wurzel der dem Spannarm (5) zugekehrten Ringfläche (3) des Spannkol­ bens multipliziert mit 5 ist.

7. Schwenkspanner nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwenkspanner zu seiner Druck­ mittelversorgung nur zwei Anschlüsse (A, B) aufweist, von denen der erste Anschluß (A) über eine erste Ver­ bindungsleitung (20) mit dem Rohransatz (10) verbunden ist und der zweite Anschluß (B) über eine zweite Ver­ bindungsleitung (21a, 21b, 21c) mit der dem Spannarm (5) zugekehrten Seite des ersten Zylinderraumes (2) verbunden ist, daß in der zweiten Verbindungsleitung (21a, 21b, 21c) ein hydraulisch entsperrbares Rück­ schlagventil (22) angeordnet ist, dessen federbelastete Ventilkugel (24) in ihrer ersten Schließstellung einen ersten Durchlaß (25) zu der dem Spannarm (5) abgekehr­ ten Seite des zweiten Zylinderraumes (6) sperrt, so­ lange der Druck in der ersten Verbindungsleitung (20) unterhalb eines vorbestimmten Wertes liegt, daß das hydraulisch entsperrbare Rückschlagventil (22) einen von dem Druck in der ersten Verbindungsleitung (20) beaufschlagbaren Schaltkolben (27) aufweist, der über einen Stößel (28) auf die Ventilkugel (24) einwirkt, daß auf den Schaltkolben (27) eine zusätzliche Feder­ anordnung (29) einwirkt und diesen in seiner der ersten Schließstellung der Ventilkugel (24) entsprechenden Ruhestellung hält, solange der Druck in der ersten Verbindungsleitung (20) unterhalb des vorbestimmten Wertes liegt, und daß gegenüber dem ersten Durchlaß (25) ein zweiter, zu dem ersten Zylinderraum (2) füh­ render Durchlaß (30) vorgesehen ist, der durch die Ventilkugel (24) unter Wirkung des Schaltkolbens (27) und des Stößels (28) verschließbar ist, sobald der Druck in der ersten Verbindungsleitung (20) den vor­ bestimmten Wert überschreitet.

8. Schwenkspanner nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Federkraft der zweiten Federanordnung (29) so bemessen ist, daß der Schaltkolben (27) in Ruhestel­ lung gehalten wird bis der Druck in der ersten Verbin­ dungsleitung (20) etwa ein Viertel des Betriebsdruckes erreicht hat.

9. Schwenkspanner nach einem der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, daß mit der Spannkolbenstange (4) eine zentrale Kontrollstange (33) fest verbunden ist, die durch die zentrale Axialbohrung (19) der Spannkolben­ stange (8), sowie des Spannkolbens (7) und den Rohran­ satz (10) hindurchgeführt und gegenüber dem Gehäuse (1) abgedichtet aus diesem herausgeführt ist, und daß das aus dem Gehäuse herausragende Ende mit mehreren Schaltelementen (36, 37) zusammenwirkt, die entspre­ chend den jeweiligen Endstellungen des Spannarmes (5) in gegenseitigem Axial- und Umfangsabstand angeordnet sind.