DE4142232A1 - Spannvorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Festspannen von Werkzeugen und/oder Werkstücken mit einer Spannkraftüberwachung und einem in einem Spanngehäuse beweglichen Verriegelungsteil.

Bei Werkzeugmaschinen wie insbesondere Pressen dienen Spannelemente dazu, Werkstücke und/oder Werkzeuge, zum Beispiel am Maschinentisch, Pressenstößel oder Blechhal­ ter zu spannen. Das läßt sich mit Spannzylindern nach der deutschen Offenlegungsschrift 35 37 337 erreichen. Die betreffende Spannvorrichtung besteht aus einer mit einem Spannkopf zum Verstellen eines Zugankers kombinierten, hydraulisch oder pneumatisch beaufschlagten Aus­ gleichseinheit, die axial verstellbare Gehäuseteile auf­ weist. Bei dieser Vorrichtung ist der Spannkopf als aus­ schließlich hydraulisch oder pneumatisch betriebener und hydraulisch oder pneumatisch mit der Ausgleichseinheit gekoppelter sowie sich mit dem Zylindergehäuse auf einem Außengehäuse der Ausgleichseinheit abstützender Zylinder ausgebildet. In seiner den Zuganker gegen das Spanngut ziehenden Spannlage ist der Zylinder von den axial ver­ stellbaren Gehäuseteilen der Ausgleichseinheit mechanisch abgestützt; dabei wird der Druck im Zylinder völlig abge­ baut, die Spannkraft jedoch aufrechterhalten. Durch einen elektrischen Signalgeber, der zum Beispiel an der Innen­ fläche des Zylinderdeckels angeordnet sein kann, läßt sich erreichen, daß die in ihre axiale Endstellung ange­ hobene Ausgleichseinheit wieder in ihre Grundstellung zu­ rückgefahren wird, wenn keine Spannkraft aufgebaut worden ist. Zum Überwachen der Spannkraft des Zugankers während des Betriebes ist in einer zur Löseseite der Aus­ gleichseinheit führenden Leitung ein Druckbegrenzungsven­ til angeordnet. Durch einen kurzzeitig eingestellten, von einem Ventil auf einen Bruchteil des Spanndruckes be­ grenzten Kontrolldruck läßt sich, ohne Einfluß auf den Zuganker, d. h., ohne das Werkstück oder Werkzeug lösen zu müssen, feststellen, ob Spannkraft vorhanden ist.

Die bekannten Spannelemente, zum Beispiel für die an Großpressen meist tonnenschweren Werkzeuge, werden über­ wiegend elektromechanisch, hydromechanisch, hydraulisch oder pneumatisch betätigt. Von den Spannvorrichtungen sind pro Werkzeug und/oder Werkstück stets mehrere am Stößel und/oder Tisch der Werkzeugmaschine angeordnet, von denen jedes mit einem Verriegelungsteil (Zuganker, Klaue, Winkelhebel etc.) an einer Spannstelle des Werk­ zeuges/Werkstückes angreift und dieses mit einer defi­ nierten Kraft spannt. Den Antrieb zum Spannen liefert entweder ein druckmittelbetätigter Zylinder, eine mit hydraulischem Druckmittel betätigte Hebelmechanik oder ein Elektromotor über ein Getriebe und einen Gewindespin­ deltrieb. Die meisten Spannvorrichtungen arbeiten selbst­ hemmend, d. h. zur Aufrechterhaltung der Spannkraft ist keine Antriebsenergie mehr erforderlich, und der Antrieb kann nach dem Spannen abgestellt werden.

Um die Spannkraft mit ausreichender Genauigkeit auf einen bestimmten Wert zu begrenzen, sind verschiedene Lösungen bekannt. Bei einfachen hydraulisch wirkenden Spannsyste­ men ergibt sich die Spannkraft aus dem Produkt des stati­ schen Druckes und der Wirkfläche des Zylinderkolbens, evtl. unter Berücksichtigung der getriebegeometrischen Verhältnisse. Bei selbsthemmenden hydromechanischen Spannvorrichtungen läßt sich eine federkraftbetätigte Hilfsmechanik einsetzen, die der Spannkraft entgegensteht und bei deren Abfallen die Selbsthemmung aufhebt, so daß ein der Kontrolle dienender Endschalter betätigt wird.

Elektromechanisch arbeitende Spannvorrichtungen lassen sich mit einer Rastkupplung ausrüsten, wobei die ange­ strebte Spannkraft einem an der Rastkupplung einzustel­ lenden Antriebsdrehmoment zugeordnet wird. Die Rastkupp­ lung betätigt einen den Antrieb abschaltenden und ein das Erreichen der Spannkraft an die Maschinensteuerung mel­ denden Endschalter. Diesen Systemen ist gemeinsam, daß sie nur einen indirekten Schluß auf das Bestehen der Spannkraft zulassen; eine zuverlässige, mit einfachen Mitteln mögliche Überwachung der Spannkraft während der Betriebszeit der Maschine und nach dem Abschalten des An­ triebs des Spannsystems ist jedoch nicht möglich.

Für die permanente Spannkraftüberwachung sind daher zur direkten Kraftmessung Dehnungsmeßstreifen bekannt, die an dem die Spannung bewirkenden mechanischen Bauteil der Spannvorrichtung, d. h. dem Verriegelungsteil, angeordnet sind, was sehr umständlich ist. Außerdem ist es erforder­ lich, die Signale der Dehnungsmeßstreifen zu verstärken und in einer komplizierten, aufwendigen und teuren Aus­ werteelektronik umzusetzen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vor­ richtung zu schaffen, die es zum einen erlaubt, während des Spannens die Spannkraft zuverlässig zu überwachen und bei Erreichen der vollen Spannkraft das Spannen zu been­ den, und die zum anderen die Spannkraft während des Be­ triebes auf einfache Weise sicher überwacht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine vorzugsweise im Spanngehäuse angeordnete Feder, ins­ besondere eine vorgespannte Tellerfeder, mit einem ein Schaltsignal auslösenden Signalgeber zusammenwirkt. Das Spannen ist beendet, d. h. der Antrieb wird abgeschaltet, sobald sich die Feder unter der Spannkraft soweit ver­ formt hat, daß sie den an geeigneter Stelle im Verfor­ mungsweg angeordneten Signalgeber, beispielsweise einen induktiven Näherungsschalter als Endschalter, auslöst. Während des Betriebes bleibt das Schaltsignal durch die fortdauernde Spannkraft erhalten; sinkt die Spannkraft allerdings ab, etwa aufgrund einer Störung oder eines Zugankerbruches oder eines Bruchs des Verriegelungsteils, verringert sich der Verformweg der Feder, die sich von dem Signalgeber entfernt und bei Erreichen eines durch den Schaltabstand und die Hysterese bestimmten Schalt­ punktes des Signalgebers die Maschinensteuerung durch eine Notausschaltung außer Betrieb setzt.

Es empfiehlt sich, daß die Feder zwischen dem Gehäuseober­ teil und dem Gehäuseunterteil eines zweiteiligen Spannge­ häuses angeordnet ist. Die der Spannkraft entgegengerich­ tete Reaktionskraft wird dabei auf das Gehäuseoberteil und entsprechend direkt auf die Feder übertragen.

Wenn die Feder kraftschlüssig zwischen einem mit dem Ge­ häuseoberteil verbundenen Auflagering und einer mit dem Gehäuseunterteil verbundenen Druckscheibe angeordnet ist, wird die axial wirkende Spannkraft vom Auflagering über die Feder auf die Druckscheibe übertragen, wodurch diese entsprechend der Spannkraft verformt wird. Die Anordnung der Feder konzentrisch und kraftschlüssig zwischen dem Auflagering und der Druckscheibe erlaubt in vorteilhafter Weise die Verwendung eines diese Teile umschließenden Ge­ winderings, der sich vorzugsweise auf den Auflagering aufschrauben läßt. Es ist dann nämlich möglich, die Tellerfeder in ihrer Einbaulage durch Drehen des Gewinde­ ringes vorzuspannen, beispielsweise auf etwa 80% der angestrebten Spannkraft, so daß die Verformung zum Auslö­ sen des Schaltsignals erst bei Überschreiten der Vorspan­ nung einsetzt; der vom Signalgeber zu erfassende Verfor­ mungsweg läßt sich auf diese Weise verkürzen. Außerdem wird sichergestellt, daß die Schaltstellung für die gege­ bene Spannkraft frühzeitig verlassen wird, nämlich bereits bei 80% ihres Wertes.

Wenn der Gewindering die Druckscheibe an der der Auflage­ fläche der Feder gegenüberliegenden Seite mit einem Bund untergreift, führt ein Drehen des Gewinderinges zu einem axialen Verschieben der Druckscheibe relativ zum Auflage­ ring, wodurch die Feder mehr oder weniger stark zusammen­ gedrückt wird. Hierzu hat sich in Versuchen herausge­ stellt, daß sich bei der beschriebenen Anordnung der Ge­ windering in hervorragender Weise zum Feineinstellen der Spannkraft eignet. Durch Drehen des Gewinderinges läßt sich die Lage des Schaltpunktes wesentlich genauer und sensibler beeinflussen als durch Einstellen am Signalge­ ber bzw. Endschalter selbst.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in den Zeich­ nungen dargestellten Ausführungsbeispiels des näheren er­ läutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Spannvorrichtung und

Fig. 2 die in Fig. 1 strichpunktiert gekennzeichnete Einzelheit "x" vergrößert dargestellt.

Zum Festspannen von Werkzeugen und/oder Werkstücken 1 am Maschinentisch 2 einer nicht dargestellten Werkzeugma­ schine stützt sich eine Spannvorrichtung 3 gemäß Fig. 1 mit ihrem Gehäuse 4 auf dem Maschinentisch 2 ab; ein an seinem freien Ende einen hammerförmigen Verriegelungskopf 5 aufweisender Zuganker 6 greift in eine Aufnahme 7 sowohl des Werkzeugs 1 als auch des Maschinentisches 2 ein. Die Spannvorrichtung 3 ist mit einem Elektromotor 8 versehen, der über ein hochübersetzendes Getriebe 9 eine radial und in Wirkungsrichtung der über den in Pfeilrich­ tung 11 beweglichen Zuganker 6 aufzubringenden Spannkraft axial gelagerte und ein Innengewinde aufweisende Zugmut­ ter 12 antreibt, wodurch eine mit dem Zuganker 6 mecha­ nisch verbundene Zugspindel 13 entsprechend axial ver­ schoben wird. Dadurch wird der Verriegelungskopf 5 des Zugankers 6 an der Spannstelle des Werkzeuges 1 zum An­ liegen gebracht und der Zuganker 6 danach bis zum Errei­ chen der Spannkraft angezogen.

Zum Einstellen und Überwachen der Spannkraft während des Betriebes ist zwischen einem Gehäuseoberteil 4′ und einem Gehäuseunterteil 4′′ des somit zweiteiligen Gehäuses 4 der Spannvorrichtung 3 eine Tellerfeder 14 angeordnet, wie sich im einzelnen aus Fig. 2 ergibt. Sie ist konzen­ trisch und kraftschlüssig zwischen einer Druckscheibe 15 und einem Auflagering 16 festgelegt. Das Gehäuseoberteil 4′ ist mit dem Auflagering 16 und das Gehäuseunterteil 4′′ mit der Druckscheibe 15 verschraubt, so daß die axial wirkende Spannkraft vom Zuganker 6 über die Zugspindel 13, die Zugmutter 12 und ein Axiallager 17 auf das Gehäu­ seoberteil 4′ und somit über den Auflagering 16 auf die Tellerfeder 14 und ebenfalls die Druckscheibe 15 übertra­ gen wird. Die sich durch die Spannkraft verformende Tel­ lerfeder 14 betätigt - sobald ein entsprechender Weg zu­ rückgelegt worden ist - einen mit ihr zusammenwirkenden, im Gehäuseunterteil 4′′ angeordneten Endschalter 18.

Der Auflagering 16, die Tellerfeder 14 und die Druck­ scheibe 15 sind von einem auf ein Außengewinde des Aufla­ gerings 16 aufgeschraubten Gewindering 19 umschlossen, der die Druckscheibe 15 mit einem Bund 21 untergreift (vgl. Fig. 2). Durch Drehen des Gewinderinges 19 läßt sich einerseits die Tellerfeder 14 vorspannen und ande­ rerseits auch die Spannkraft einstellen. Aufgrund des die Druckscheibe 15 untergreifenden Bundes 21 führt ein Dre­ hen des Gewinderinges 19 zu einer axialen Verschiebung der Druckscheibe 15 relativ zum Auflagering 16, wodurch die Tellerfeder 14 mehr oder weniger zusammengedrückt wird. Beim Überschreiten der voreingestellten Vorspann­ kraft der Tellerfeder 14 verformt sich diese, so daß sich der auf den Auflagering 16 aufgeschraubte Gewindering 19 zusammen mit dem Gehäuseoberteil 4′ relativ zum Gehäu­ seunterteil 4′′ axial verschiebt und der Gewindering 19 mit seiner Unterkante den im Gehäuseunterteil 4′′ angeord­ neten Endschalter 18 betätigt. Dieser löst ein den Elek­ tromotor 8 abschaltendes und damit das Spannen beendendes Signal aus.

Während des Betriebes bleibt das Schaltsignal des End­ schalters 18 durch die Spannkraft erhalten. Sinkt die Spannkraft ab, zum Beispiel bedingt durch einen Zuganker­ bruch oder ein überlastbedingt unzulässiges Längen des Zugankers, verringert sich der Verformweg der Tellerfeder 14, bis zwischen deren Federkraft und der Spannkraft ein Gleichgewicht besteht oder die Spannkraft die Vorspann­ kraft der Tellerfeder unterschreitet. Sobald in diesem Fall die Unterkante des Gewinderinges 19 in einen außer­ halb des durch Schaltabstand und Hysterese bestimmten Schaltpunktes des Endschalters 18 gelangt, wird die Werk­ zeugmaschine durch ihre Steuerung notausgeschaltet.

Claims (8)

1. Vorrichtung zum Festspannen von Werkzeugen und/oder Werkstücken mit einer Spannkraftüberwachung und einem in einem Spanngehäuse beweglichen Verriegelungsteil, dadurch gekennzeichnet, daß eine Feder (14) mit einem ein Schaltsignal auslösenden Signalgeber (18) zusam­ menwirkt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder im Spanngehäuse (4; 4′, 4′′) angeordnet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Feder (14) zwischen einem Gehäuse­ oberteil (4′) und einem Gehäuseunterteil (4′′) angeordnet ist.

4. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder (14) kraftschlüssig zwischen einem mit dem Gehäuseoberteil (4′) bzw. dem Gehauseunterteil (4′′) verbundenen Auf­ lagering (16) bzw. Druckscheibe (15) angeordnet ist.

5. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder (14) eine vorgespannte Tellerfeder ist.

6. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch einen den Auflagering (16), die Feder (14) und die Druckscheibe (15) um­ schließenden Gewindering (19).

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Gewindering (19) auf den Auflagering (16) aufgeschraubt ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Gewindering (19) die Druckscheibe (15) an der der Auflagefläche der Feder (14) gegen­ überliegenden Seite mit einem Bund (21) untergreift.