DE8702023U1

DE8702023U1 - Hydraulic clamping element

Info

Publication number: DE8702023U1
Application number: DE8702023U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1987-02-11
Filing date: 1987-02-11
Publication date: 1987-04-23

Description

GM 4625/87GM4625/87

Anmelder: Dipl.-Ing. Bernd Hörner 5OuD Wuppertal 2Applicant: Dipl.-Ing. Bernd Hörner 5OuD Wuppertal 2

Die Erfindung betrifft ein hydraulisches Spannelement zum Festspannen von Werkzeugen oder '..'erkstücken auf dem Arbeitstisch von Werkzeugmaschinen, spanlosen Umformungsmaschinen oder dgl., welches ein an dem Arbeitstisch befestigbares Gehäuse aufweist, in welchem ein durch einen Hydraulikkolben beaufschlagbares Druckstück beweglich geführt ist.The invention relates to a hydraulic clamping element for clamping tools or workpieces on the work table of machine tools, non-cutting forming machines or the like, which has a housing that can be fastened to the work table and in which a pressure piece that can be acted upon by a hydraulic piston is movably guided.

Bei derartigen Spannelementen besteht die Gefahr, daß sich die Werkzeug- bzw. Werkstückeinspannung bei Ausfall des Hydraulikdruckes löst. Eine besonders kritische Situation liegt vor, wenn spanlose Umformmaschinen beispielsweise nach einem Arbeitstag abgeschaltet werden. Der Hydraulikdruck wird dabei im allgemeinen aufrechterhalten, jedoch kann sich infolöfr unvermeidbarer Leckage eine geringe Positionsveränderung beim eingespannten Preß-Oberwerkzeug ergeben. Wird die Umformmaschine erneut eingeschaltet, kann dann das Oberwerkzeug auf das Unterwerkzeug unmittelbar auftreffen mit der Folge einer Zerstörung der Werkzeuge. Angesichts der großen, oft mehrere Tonnen schweren Werkzeuge beispielsweise bei Pressen für größere Autokarosserieteile, oder angesichts teurer, diffiziler Werkzeuge oder Teile, können erhebliche Schäden entstehen.With such clamping elements there is a risk that the tool or workpiece clamping will come loose if the hydraulic pressure fails. A particularly critical situation arises when non-cutting forming machines are switched off after a working day, for example. The hydraulic pressure is generally maintained, but a slight change in position can occur in the clamped upper press tool due to unavoidable leakage. If the forming machine is switched on again, the upper tool can then hit the lower tool directly, resulting in the tools being destroyed. Considering the large tools, which often weigh several tons, for example in presses for larger car body parts, or in the case of expensive, complex tools or parts, considerable damage can occur.

Der Erfindung Liegt die Aufgabe zugrunde, bei Spannelementen de·· gattungsgemäßen Art eine exakte Aufrechterhaltung der Einspannung des Werkzeuges oder Werkstückes auch bei einem Druckabfall zu sichern.The invention is based on the object of ensuring that clamping elements of the generic type ensure that the tool or workpiece is clamped precisely even in the event of a drop in pressure.

Ausgehend von einem Spannelement der gattungsgemäßen Art, wird die Lösung dieser Aufgabe erf indungsgemä!? dadurch erreicht, daß die Achse des Hydraulikkolbens winklig zur Bewegungsrichtung des Druckstückes gerichtet ist, an dessen Rückseite der Kolben über ein Keilstück angreift, und daß eine zusätzliche mechanische Halteeinrichtung zur Fixierung des Kolbens in seiner Spannstellung im Gehäuse angeordnet ist. Vorzugsweise können dabei die Achse des Kolbens und die Bewegungsrichtung des Druckstückes rechtwinklig gegeneinander geneigt sein und können die Rückseite des Druckstückes und die Keilfläche in einem eine Selbsthemmung bewirkenden Winkel gegenüber der Kolbenachse geneigt sein. Durch die umgelenkte Kraftübertragung, speziell über selbsthemmende Keilflächen, bewirkt die vom Druckstück ausgeübte Reaktionskraft keine oder höchstens nur noch eine geringe Kraftkomponente in der Richtung auf ein Rückschieben des Hydraulikkolbens, so daß die Tendenz zu einer Lockerung <Jer Einspannung nur noch unwesentlich ist. Die Restkomponente der auf den Kolben noch ausgeübten Rückstellkraft wird durch die zusätzliche mechanische Hebeeinrichtung aufgefangen, die als mechanische Einrichtung unabhängig vom jeweils herrschenden Hydraulikdruck wirksam ist und somit auch bei Druckausfall oder Leckage die Aufrechterhaltung dsr Einspannung sicherstellt.Starting from a clamping element of the generic type, the solution to this problem is achieved according to the invention in that the axis of the hydraulic piston is directed at an angle to the direction of movement of the pressure piece, on the back of which the piston engages via a wedge piece, and in that an additional mechanical holding device for fixing the piston in its clamping position is arranged in the housing. Preferably, the axis of the piston and the direction of movement of the pressure piece can be inclined at right angles to each other and the back of the pressure piece and the wedge surface can be inclined at an angle to the piston axis that causes self-locking. Due to the redirected force transmission, especially via self-locking wedge surfaces, the reaction force exerted by the pressure piece causes no or at most only a small force component in the direction of pushing the hydraulic piston back, so that the tendency to loosen the clamping is only insignificant. The remaining component of the restoring force still exerted on the piston is absorbed by the additional mechanical lifting device, which as a mechanical device is effective independently of the prevailing hydraulic pressure and thus ensures that the clamping is maintained even in the event of a pressure failure or leakage.

Bei für große, sehne L laufende Maschinen bestimmten Spannelementen kann der Erfindung zufolge vorgesehen werden, daß die Halteeinrichtung aus einer in einer rückwärtigen Sack Iochbohrung des Kolbens angeordneten Spannzange besteht, deren kegelige Spannbacken innerhalb einer rückwärtigen konischen Erweiterung der Sacklochbohrung liegen und einen gehäusefesten Widerlagerstift einfassen, und daß die Spannzange an ihrem im Sacklochinneren liegenden Ende zwecks Entriegelung hydraulisch beaufschlagbar ist. Bei einer Druckbeaufschlagung des Kolbens wird die Spannzange zunächst vom Kolben mitgenommen, und nachfolgend werden die kegeligen Spannbacken zwischen der Wandung der konischen Sack locherweite rung und dem zentralen Widerlagerstift festgespannt. Bei einem Druckausfall ist der Kolben somit über die kegeligen Spannbacken und den Widerlagerstift unbeweglich am Gehäuse abgestützt, so daß der Kolben und damit das Druckstück ihre Einspannlage auch in einem solchen Falle beibehalten. Zur Entriegelung werden die Spannzange und der Kolben von eier Gegenseite her mit Druck beaufschlagt, wobei die Spannzange vom Widerlagerstift gelöst wird, so daß sie zusammen mit dem Kolben wieder in die Ausgangsstellung zurückkehren kann.In the case of clamping elements intended for large, long-running machines, the invention can provide that the holding device consists of a collet arranged in a rear blind hole of the piston, the tapered clamping jaws of which lie within a rear conical extension of the blind hole and enclose a housing-fixed abutment pin, and that the collet can be hydraulically actuated at its end located inside the blind hole for the purpose of unlocking. When pressure is applied to the piston, the collet is initially carried along by the piston, and then the tapered clamping jaws are clamped between the wall of the conical blind hole extension and the central abutment pin. In the event of a pressure failure, the piston is thus immovably supported on the housing via the tapered clamping jaws and the abutment pin, so that the piston and thus the pressure piece retain their clamping position even in such a case. To unlock, the collet and the piston are subjected to pressure from the opposite side, whereby the collet is released from the abutment pin so that it can return to the starting position together with the piston.

In Ausgestaltung der Erfindung kann bei dieser Ausführungsform der Halteeinrichtung vorgesehen werden, daß der Schaft der Spannzange eine Sacklochbohrung aufweist, innerhalb der eine die Spannbacken in Anlage an der konischen Erweiterung der Kolbenbohrung haltende Druckfeder angeordnet ist, welche sich auf dem freien Ende des Widerlagerstiftes abstützt. Durch diese die Spannzange belastende Druckfeder wird eine ständige Anlage der Spannbacken an der konischen Erweiterung der Sacklochbohrung während der Spannstellung des Kolbens sichergestellt.In an embodiment of the invention, in this embodiment of the holding device, it can be provided that the shaft of the collet has a blind hole, within which a compression spring is arranged that holds the clamping jaws in contact with the conical extension of the piston bore and is supported on the free end of the abutment pin. This compression spring, which loads the collet, ensures that the clamping jaws are constantly in contact with the conical extension of the blind hole during the clamping position of the piston.

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Bei für langsam laufende, kleinere Maschinen bestimmten Spannelementen kann der Erfindung zufolge die Halteeinrichtung aus einer starken Kolbenvorschubfeder bestehen, welche vorteilhafterweise innerhalb »iner rückwärtigen Sack lochbohrung des Kolbens angeordnet ist und die auch bei Druckausfall die vorgeschobene Spannstellung des Kolbens aufrechterhält.In the case of clamping elements intended for slow-running, smaller machines, the holding device can, according to the invention, consist of a strong piston feed spring, which is advantageously arranged within a rear blind hole of the piston and which maintains the advanced clamping position of the piston even in the event of a pressure failure.

Oer Gegenstand der Erfindung wird im folgenden anhand iweier in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. In der Zeichnung zeigen: The subject matter of the invention is explained in more detail below using two exemplary embodiments shown in the drawing. In the drawing:

Fip. 1 ein Spannelement nach der Erfindung in Seitenansicht,Fig. 1 a clamping element according to the invention in side view,

Fig. 2 eine Stirnansicht auf das Spannelement nach Fig. 1 ,Fig. 2 is a front view of the clamping element according to Fig. 1,

Fig. 3 a plan view of the clamping element, Fig. 4 a vertical section through the upper

Teil des Spannelementes, wobei deren beweglichen Teile sich in Grundstellung befi nden,Part of the clamping element, with its moving parts in the basic position,

Fig. 5 einen Vertikalschnitt gemäß Fig. 4, bei der jedoch die Spannstellung gezeigt ist undFig. 5 is a vertical section according to Fig. 4, but showing the clamping position and

Fig. 6 in einem VertikaIschnitt eine abgewandelte Ausführungsform des oberen Teiles des Spannelementes.Fig. 6 shows a vertical section of a modified embodiment of the upper part of the clamping element.

Das in den Fig. 1 bis 3 gezeigte Spannelement besteht aus durch Schrauben 1, 2 zusammengehaltenem Gehäuse-Oberteil 3 und Gehäuse-Unterteil 4. Im Gehäuse-Oberteil 3 ist ein Druckstock 5 beweglich geführt, das in einen durch eine Eckaussparung 6 des Gehäuse-Unterteils 4 geschaffenen Freiraum hinein bewegbar ist, welcher zur Aufnahme beispielsweise des Einspannflansches 7 eines Werkzeuges oder zur Einspannung eines Werkstückes bestimmt ist. Das Gehäuse-Unterteil 4 ist etwa als I-Schiene ausgebildet und wird mit seinem unteren T-Stück 8 in eine entsprechende T-Nut 9 des Arbeitstisches 10 einer Werkzeugmaschine oder Umformmaschine eingeschoben. Das festzuspannende Teil 7 wird zwischen dem beweglichen Druckstück 5 und der Oberfläche des Arbeitstisches eingespannt.The clamping element shown in Fig. 1 to 3 consists of an upper housing part 3 and a lower housing part 4 held together by screws 1, 2. A pressure block 5 is movably guided in the upper housing part 3, which can be moved into a free space created by a corner recess 6 in the lower housing part 4, which is intended for receiving, for example, the clamping flange 7 of a tool or for clamping a workpiece. The lower housing part 4 is designed approximately as an I-rail and is inserted with its lower T-piece 8 into a corresponding T-slot 9 of the work table 10 of a machine tool or forming machine. The part 7 to be clamped is clamped between the movable pressure piece 5 and the surface of the work table.

Das Druckstock 5 weist eine geneigte Rückseite 11 auf, vgl. Fig. 4 und 5, in deren Längsmitte eine teilzylindrische Lagerausnehmung für ein halbzylindrisches Übertragungsstück 12 ausgenommen ist, auf welchem ein Keilstück 13 mit seiner geneigten Keilfläche aufliegt, das mit einem doppelseitig beaufschlagbaren hydraulischen Kolben 14 starr verbunden ist. Die Kolbenachse A und die Bewegungsrichtung des Druck-Stückes 5 sind rechtwinklig zueinander. Die Rückseite 11, bzw. die Druckfläche des Übertragungsstückes 12, und die Keilfläche des Keilstückes 13 sind um einen Winkel von ca 10° gegenüber der Kolbenachse A geneigt. Der Kolben 14 ist in einer zylindrischen Bohrung 15 des Gehäuse-Oberteiles und seine Kolbenstange 14a in einer Führungsbuchse 15a geführt. Die Bohrung 15 ist rückwärtig durch einen Deckel 16 verschlossen. DerThe pressure block 5 has an inclined rear side 11, see Fig. 4 and 5, in the longitudinal center of which a partially cylindrical bearing recess is cut out for a semi-cylindrical transfer piece 12, on which a wedge piece 13 rests with its inclined wedge surface, which is rigidly connected to a hydraulic piston 14 that can be acted upon from both sides. The piston axis A and the direction of movement of the pressure piece 5 are at right angles to one another. The rear side 11, or the pressure surface of the transfer piece 12, and the wedge surface of the wedge piece 13 are inclined at an angle of approximately 10° to the piston axis A. The piston 14 is guided in a cylindrical bore 15 in the upper part of the housing and its piston rod 14a in a guide bushing 15a. The bore 15 is closed at the rear by a cover 16. The

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KoLben 14 ist mit einer nach hinten hin offenen, zylindrischen Bohrung 17 versehen, die im Bereich ihrer Mündung, zu einer konischen Bohrung 18 erweitert ist. In dem zylindrischen Teil der Sacklochbohrung ist der Schaft 19 einer Spannzange 20 in einem durch einen Anschlag 21 begrenzten Maße verschieblich aufgenommen. Die kegeligen Spannbacken 22, 23 der Spannzange liegen in der konischen Erweiterung 18 der Sacklochbohrung 17 des Kolbens und fassen einen Widerlagerstift 24 ein, der mit dem Deckel 16 fest verbunden ist und einen zentralen Druckausgleichskanal 24a aufweist. Beim AusfUhrungsbeispiel ist der Stift 24 ein einstückig mit dem Deckel 16 ausgebildeter Zapfen. Der Stift 24 kann auch ein gesondertes Bauteil sein, das am Deckel 16 gehalten ist. Der Widerlagerstift 24 ragt ein Stück weit in eine Sacklochbohrung 25 der Spannzange 20 ein, in welcher eine Druckfeder 26 eingespannt ist, die sich auf dem Boden dieser SackLochbohrung und auf dem freien Ende des Widerlagerstiftes 24 abstützt.Piston 14 is provided with a cylindrical bore 17 that is open to the rear and widens to a conical bore 18 in the area of its mouth. The shaft 19 of a collet 20 is slidably received in the cylindrical part of the blind hole to a degree limited by a stop 21. The conical clamping jaws 22, 23 of the collet lie in the conical extension 18 of the blind hole 17 of the piston and enclose an abutment pin 24 that is firmly connected to the cover 16 and has a central pressure compensation channel 24a. In the exemplary embodiment, the pin 24 is a pin formed in one piece with the cover 16. The pin 24 can also be a separate component that is held on the cover 16. The abutment pin 24 extends a little way into a blind hole 25 of the collet 20, in which a compression spring 26 is clamped, which is supported on the bottom of this blind hole and on the free end of the abutment pin 24.

Zur Festspannung eines Werkzeuges oder dgl. wird der Kolben 14 über eine zu seinem Arbeitsraum führende Druckzuleitung 27 mit Druckmittel beaufschlagt, wobei der Kolben zusammen mit der Spannzange 20 in die in Fig. 5 gezeigte Spannstellung geschoben wird und dabei das Druckstück 5 über den Keil &Iacgr;3 nach unten drückt. In dieser Stellung ist der Kolben 14 über die Spannbacken 22, 23 und den Widerlagerstift 24 zugleich starr am Deckel 16 und damit am Gehäuse abgestützt, so daß der Kolben 14 - auch bei einem Ausfall des Druckes im Arbeitsraum - in der gezeigten Arbeitsstellung verblei bt.In order to clamp a tool or the like, the piston 14 is pressurized with pressure medium via a pressure supply line 27 leading to its working chamber, whereby the piston is pushed together with the collet 20 into the clamping position shown in Fig. 5 and the pressure piece 5 is pressed downwards via the wedge λ3. In this position, the piston 14 is supported rigidly on the cover 16 and thus on the housing via the clamping jaws 22, 23 and the abutment pin 24, so that the piston 14 remains in the working position shown - even if the pressure in the working chamber fails.

Für eine Rückstellung des Kolbens 14 muß zunächst die Spannzange 20 vom Widerlagerstift 24 gelöst werden. Hierzu wird über die Leitung 28 Druckmittel in den zweiten Zylinderraum 29 gegeben, von wo aus das Druckmittel über Bohrungen 30 in der Wand des Kolbens 14 zum innenliegenden Stirnende 31 des Spannzangenschaftes gelangt. Durch diese Druckbeaufschlagung wird die Spannzange ein Stück weit in Fig. 5 nach rechts verschoben, so daß sich ihre Festspannung am Widerlagerstift 24 löst, wonach dann der Kolben 14 zusammen «it der Spannzange in die Grundstellung nach Fig. 4 zurückkehrt. Die Rückstellung des Druckstückes 5 erfolgt über eine in einer Ausnehmung des Druckstückes angeordnete und sich an einer Platte 32 des Gehäuse Oberteiles abstützende Feder 33.To reset the piston 14, the collet 20 must first be released from the abutment pin 24. To do this, pressure medium is fed into the second cylinder chamber 29 via the line 28, from where the pressure medium reaches the inner end 31 of the collet shaft via holes 30 in the wall of the piston 14. This pressure application causes the collet to be displaced a little to the right in Fig. 5, so that its clamping on the abutment pin 24 is released, after which the piston 14 returns together with the collet to the basic position according to Fig. 4. The pressure piece 5 is reset via a spring 33 arranged in a recess in the pressure piece and supported on a plate 32 of the upper part of the housing.

Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 6 besteht die zusätzliche Halteeinrichtung zur Sicherung der Spannstellung des Kolbens 14 aus einer Kolbenvorschub-Druckfeder 34, die in einer Sack lochbohrungIn the embodiment according to Fig. 6, the additional holding device for securing the clamping position of the piston 14 consists of a piston feed compression spring 34, which is mounted in a blind hole

35 des Kolbens angeordnet ist und zwischen dem Boden35 of the piston and between the bottom

36 der Sacklochbohrung und dem Deckel 16 eingespannt ist. In Fig. 6 ist in der oberen Hälfte die Grundstellung und in der unteren Hälfte die Spannstellung des Kolbens 14 gezeigt.36 of the blind hole and the cover 16. In Fig. 6, the basic position is shown in the upper half and the clamping position in the lower half of the piston 14.

Claims

SM 4625/87 Protection claims

1. Hydraulic clamping element for clamping tools or workpieces on the work table of machine tools, non-cutting forming machines or the like, which has a housing that can be fastened to the work table and in which a pressure block that can be acted upon by a hydraulic piston is movably guided, characterized in that the axis (A) of the hydraulic piston (14) is directed at an angle to the direction of movement of the pressure piece (5), on the rear side of which the piston (14) engages via a wedge piece (13), and that an additional mechanical holding device (collet 20, compression spring 34) is arranged in the housing (2) for fixing the piston (14) in its clamping position.

2. Clamping element according to claim 1, characterized in that the axis (A) of the piston (14) and the direction of movement of the pressure piece (5) are inclined at right angles to one another and that the rear side (11) of the pressure piece (5) and the wedge surface of the wedge piece (13) are inclined at an angle to the piston axis (A) which causes self-locking.

3. Clamping element according to claims 1 or 2, characterized in that the holding device consists of a in a rear blind hole (17) of the

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Piston (14) arranged collet (20), the tapered clamping jaws (22, 23) of which lie within a rear conical extension (18) of the blind hole (17) and enclose a housing-fixed counter bearing pin (24), and that the collet (20) can be hydraulically acted upon at its end (31) located inside the blind hole for the purpose of unlocking.

4. Clamping element according to claim 3, characterized in that the shaft (19) of the collet (20) has a blind hole (25) within which a compression spring (26) is arranged, which holds the clamping jaws (22, 23) in contact with the conical extension (18) of the piston bore (17) and is supported on the free end of the counter bearing pin (24).

5. Clamping element according to claims 1 or 2, characterized in that the holding device consists of a strong piston feed spring (34).

6. Clamping element according to claim 5, characterized in that the piston feed spring (34) is arranged within a rear blind hole (35) of the piston (14).